Содержание
Двигатели и движители » Детская энциклопедия (первое издание)
Почему корабль плавает
Какие бывают суда
Колесный пароход, совершавший рейсы через Атлантический океан в середине XIX в. Мощность его паровой машины была всего 750 л. с. На таких судах еще сохранялись паруса.
Движители на судах бывают разные: весла, паруса, гребные колеса, винты и т. д. При гребле мускульная энергия человека с помощью движителя-весла преодолевает сопротивление воды. Паруса использовали силу ветра. А когда появились механические движители, то весло как бы вошло составной частью в гребное колесо.
Но даже усовершенствованные гребные колеса имели серьезные недостатки. Как только появлялась бортовая качка, они сразу же начинали работать поочередно — то одно, то другое. Судно начинало отклоняться от курса то влево, то вправо — рыскать. Это одна из причин, почему гребные колеса не получили широкого распространения на море.
Значительным шагом вперед было применение гребного винта.
На гребной вал, выходящий из корпуса под кормой, насаживается устройство, очень напоминающее обычный настольный вентилятор. Вокруг ступицы расположены два, три, а то и больше лопастей, плоскость которых представляет собой часть винтовой поверхности. Отсюда и название винт. Вал вращает лопасти, а они отбрасывают воду от корабля и создают тем самым необходимый упор, преодолевающий силу сопротивления воды.
Гребные винты — самый распространенный вид движителей на современных судах. На больших кораблях часто делают не один, а два или три винта.
Существуют и другие типы движителей, использующих все тот же принцип, заложенный в обычном весле. Но встречаются они реже. Движение некоторых судов осуществляется с помощью водометного движителя. Такие суда перемещаются, выбрасывая в противоположное направление струю воды. Энергия двигателя тратится у них на работу насосов, выталкивающих воду.
Гребной винт крупного современного пассажирского судна.
Коэффициент полезного действия водометных движителей меньше винтовых.
Но их преимущество в том, что нет выступающих частей под кормой. Это позволяет строить специальные суда для плавания по мелководью.
Итак, зная почти все качества судна, мы пришли к его двигателю. Каким же он бывает?
Паровая машина стала первым судовым механическим двигателем. Но паровые машины — сложные, громоздкие сооружения, хотя и обладают бесспорными преимуществами по сравнению с парусами. Такие машины потребовали много места на судах. Необходимо стало также место для хранения топлива и устройства для его погрузки.
Вслед за паровыми машинами на суда пришли и паровые турбины. Они вращают либо вал с винтом, либо генераторы электрического тока, которые в свою очередь питают электродвигатели гребного вала.
Появление турбин позволило поднять мощность судовых двигателей. Так, линейные корабли во время второй мировой войны имели турбины мощностью до 250 тыс. л.с. В то же время турбина занимает меньше места, чем паровая машина той же мощности.
В начале этого столетия на кораблях стали применять также двигатель внутреннего сгорания — дизель.
Оборудованные им суда называют теплоходами. Большое достоинство этих двигателей — высокая экономичность по сравнению с паровыми установками. Это дало возможность сократить запасы горючего на судне и облегчить его заправку. Отсутствие котельной, занимавшей много места, и простота эксплуатации также были большими его преимуществами.
Паровые машины, турбины и двигатели внутреннего сгорания — наиболее распространенные судовые двигатели. Лишь в последнее время у них появился серьезный «соперник». Это — атомная силовая установка. Она поставлена на первом в мире атомном ледоколе «Ленин». Источник его силы — три атомных реактора, в которых энергия извлекается из ядер урана.
Первый в мире атомный ледокол «Ленин».
Эта энергия поступает в парогенераторы, а образующийся в них пар используется для приведения в действие турбин. На атомоходе «Ленин» турбины вращают электрические генераторы. Выработанная ими электроэнергия используется для работы электродвигателей, вращающих три гребных вала ледокола.
Мощность двигателя ледокола — 44 тыс. л.с., а развиваемая им скорость —18 узлов (миль в час).
Этот огромный, могучий корабль — самый крупный ледокол в мире.
Атомные силовые установки пока еще очень громоздки. Их приходится помещать за толстыми стенами, чтобы уберечь команду от вредного действия радиоактивных излучений. Сложность и размеры такого «двигателя», необходимость защиты команды от вредных излучений позволяют пока строить их лишь на сравнительно крупных судах. И все же у этой силовой установки огромные преимущества.
Даже самые крупные из старых ледоколов не могли обходиться без заправки топливом более двух-трех недель. Каждый раз на возвращение в порт приходилось тратить много времени, а ведь период северной навигации очень краток.
Такие потери времени составляли почти 25% общего рабочего времени ледокола. Атомный ледокол может целый год не заходить в порт за «горючим».
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Почему корабль плавает
Какие бывают суда
Типы и особенности движителей катеров — правильный выбор движителя
Движитель катера − узел, отвечающий за преобразование работы двигателя в работу, направленную на преодоление судном силы сопротивления воды. Выбор движителя – одна из самых сложных задач в процессе создания проекта катера.
Основные современные типы движителей катеров следующие:
-
гребной винт; -
водомёт; -
угловая поворотная колонка; -
винторулевая колонка
Тип — Гребной винт
Самый распространенный тип движителя. С момента его изобретения было осуществлено множество усовершенствований. Изобретатели меняли их размеры, формы контура и сечений лопастей и т.д. В основу работы гребных винтов положен принцип гидродинамического крыла. При рассмотрении сечения лопастей можно увидеть их крыловидную форму. Движитель размещается на ступичной составляющей силового узла.
Он устанавливается таким образом, чтобы задняя часть составляла угол атаки с вектором общей скорости водного потока.
На поверхности-нагнетателе при начале вращательного движения гребного винта давление увеличивается, а на передней − уменьшается. Из-за разницы показателей давления происходит возникновение силы. Составляющие этой силы отвечают за создание упора для винта и крутящего момента, преодоление которого входит в задачи движителя судна.
Скоростные водомётные движители
Водометные движители: этот тип — единственно возможное решение для использования на мелких водоемах и замусоренных водах. Водометы необходимы там, где быстроходное судно должно беспрепятственно двигаться по мелководью. Они повышают его возможности использования, более безопасны в эксплуатации. Преимуществом этого типа является и то, что благодаря такому движителю катер на ходу может подойти к необорудованному берегу, а затем сняться с него за счет обратной струи, которая гонит воду под корпус.
Водомёты часто устанавливаются на катера российского производства. Их работа базируется на реактивном действии струи воды, которая выбрасывается под высоким давлением. Это решение позволяет судам из алюминия, стали проходить по мелководью. В отличие от других видов у водометных движителей отсутствует вероятность поломки или деформации при контакте с дном.
Схема движителя ВД-05
Конструктивно он представляет собой импеллер, помещённый в корпус небольшой длины. Вода засасывается, выбрасывается в зоне кормы, за счёт чего образуется движущая сила. Если нужно организовать движение задним ходом, забор жидкости выполняется в противоположном направлении. Возможно механическое и гидравлическое управление.
В нашем каталоге:
СКОРОСТНОЙ ВОДОМЕТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ ВД-01
Водоизмещение катера: от 1,5 до 3,5 т.
СКОРОСТНОЙ ВОДОМЕТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ ВД-03 Водоизмещение катера от 3,5 до 5,5 т.
СКОРОСТНОЙ ВОДОМЕТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ ВД-05 Водоизмещение катера: от 2,7 до 5,5 т.
Угловая поворотная колонка для катеров и лодок
Если сравнивать типы движителей катеров российского производства, то этот вариант тоже имеет свои плюсы. Мотор помещён в отдельный отсек, что увеличивает полезную площадь судна. Благодаря особенностям конструкции и использования системы подъема колонки у катера появляется возможность проходить в зонах мелководья.
Дополнительный плюс − небольшое количество компонентов, что положительно влияет на КПД и показатель скорости.
Универсальный тип движителя — Винторулевая колонка
Винторулевые колонки (ВРК) эксплуатируются на буксирах всех видов, используются там, где в первую очередь важна тяга в разных направлениях. Она представляет собой гребной винт, установленный на поворотной конструкции, что обеспечивает судну отличную маневренность, стабильность хода и точное позиционирование при швартовке.
Данный тип движителей становится отличным вариантом для судов, где большое внимание уделяется оптимальному использованию имеющейся мощности.
Винторулевая колонка — ДВИЖИТЕЛЬ — ВРК-250
Схема ДВИЖИТЕЛЯ — ВРК-250
Для того, чтобы движитель типа ВРК имел высокую эффективность и был экономичным, его конструкция постоянно совершенствуется. Наша страна находится сразу в нескольких климатических зонах, и именно данная разновидность движителей подходит для эксплуатации как в умеренных, так и экстремальных погодных условиях (соответствуют современным нормам ледового класса). Немаловажным является и то, что в районах с узкими реками важна максимальная маневренность, именно здесь они будут практически незаменимыми.
Руководство для начинающих по двигателю
Общий вывод
уравнения тяги показывает, что
величина создаваемой тяги зависит от массового расхода через
двигатель и скорость газа на выходе.
Различные двигательные установки
генерировать тягу немного по-разному. Мы обсудим четыре
основные двигательные установки: гребной винт,
газотурбинный (или реактивный) двигатель, прямоточный воздушно-реактивный двигатель,
и ракета.
Зачем там
разные типы двигателей? Если мы подумаем о первом Ньютоне
закон движения, мы понимаем, что двигательная установка самолета
должны служить двум целям. Во-первых, тяга от двигательной установки
должен уравновесить лобовое сопротивление самолета
когда самолет летит. А во-вторых, тяга от движителя
система должна превышать лобовое сопротивление самолета
чтобы самолет разогнался. На самом деле, чем больше разница
между тягой и сопротивлением, называемое избыточным
тяги, тем быстрее будет разгоняться самолет.
Некоторые самолеты,
подобно авиалайнерам и грузовым самолетам, проводят большую часть своей жизни в круизе
условие.
Для этих самолетов избыточная тяга не так важна
как высокий КПД двигателя и низкий расход топлива.
Поскольку тяга зависит как от количества перемещаемого газа, так и от скорости,
мы можем создать большую тягу, разгоняя большую массу газа
на небольшое количество или путем ускорения небольшой массы газа на большое
количество. Из-за аэродинамической эффективности винтов
и вентиляторы, более экономично использовать
ускорить большую массу на небольшую величину. Вот почему мы находим высокие
обойти вентиляторы и турбовинтовые двигатели на грузовых самолетах и авиалайнерах.
Некоторые самолеты,
как истребители или экспериментальные высокоскоростные самолеты, требуют
очень большая избыточная тяга для быстрого ускорения и преодоления
высокое сопротивление, связанное с высокими скоростями. Для этих самолетов двигатель
КПД не так важен, как очень высокая тяга.
Современный военный самолет
обычно используют дожигатели
на малой двухконтурности ТРДД.
Будущие гиперзвуковые самолеты будут использовать некоторые типы прямоточных воздушно-реактивных двигателей.
или ракетный двигатель.
В Руководстве для начинающих есть специальный раздел, посвященный
сжимаемый,
или высокая скорость, аэродинамика. Этот раздел предназначен для студентов кто
учатся
ударные волны или
изоэнтропические потоки
и содержит несколько
калькуляторы и симуляторы
для этого режима течения.
Сайт был
подготовлено в NASA Glenn в рамках проекта Learning Technologies Project (LTP)
предоставить справочную информацию об основных силовых установках для
средняя учителя математики и естественных наук .
Страницы изначально были
подготовлен как учебных пособий для поддержки
EngineSim,
интерактивная образовательная компьютерная программа, которая позволяет учащимся
проектирование и испытания реактивных двигателей на персональном компьютере. Другие слайды
были готовы поддержать семинары по видеоконференцсвязи LTP
(http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/CoE/Coemain.html) для учителей
и студенты.
И другие слайды были подготовлены в рамках
Презентации Power Point
для
Сеть цифрового обучения.
Мы намеренно
организовал этот сайт, чтобы отразить неструктурированную природу мира
Интернет. Здесь много страниц связанных
друг к другу через гиперссылки. Затем вы можете перемещаться по
ссылки, основанные на вашем собственном интересе и запросе.
Однако, если вы
предпочитаете более структурированный подход, вы также можете воспользоваться одним из наших
Экскурсии по сайту. Каждый тур
содержит последовательность страниц, посвященных некоторым аспектам движения.
Для младших школьников более простое объяснение информации на этой странице доступно на
Детская страница.
УВЕДОМЛЕНИЕ —
Недавно сайт был изменен для поддержки Раздела 508 Закона о реабилитации.
Многие страницы содержат математические уравнения, которые были представлены графически.
и которые слишком длинные или сложные, чтобы их можно было указать в теге «ALT». Для этих страниц мы
сохранили (несовместимую) графическую страницу и предоставили отдельную
(соответствующая) текстовая страница, содержащая всю информацию исходной страницы.
Две страницы связаны гиперссылками.
Виды деятельности:
- Наборы задач для BGP
Навигация..
- Домашняя страница руководства для начинающих
- Бесплатное программное обеспечение
самолет | Определение, типы, механика и факты
Air New Zealand Limited
См. все средства массовой информации
- Ключевые сотрудники:
- Игорь Сикорский
Говард Хьюз
Чарльз Линдберг
Олив Энн Бич
Жаклин Кокран
- Похожие темы:
- С-47
гидросамолет
Конкорд
ДС-3
Боинг 367-80
Просмотреть весь связанный контент →
Резюме
Прочтите краткий обзор этой темы
самолет , также называемый самолетом или самолетом , любой из класса самолетов с неподвижным крылом, который тяжелее воздуха, приводится в движение винтовым винтом или высокоскоростной струей и поддерживается динамической реакцией воздух против своих крыльев.
За отчет о развитии самолета и появлении гражданской авиации см. историю полета.
Основными компонентами самолета являются система крыла, поддерживающая его в полете, хвостовое оперение для стабилизации крыльев, подвижные поверхности для управления ориентацией самолета в полете и силовая установка, обеспечивающая тягу, необходимую для толкания летательного аппарата через воздух. Должна быть предусмотрена поддержка самолета, когда он находится в состоянии покоя на земле, а также во время взлета и посадки. Большинство самолетов имеют закрытый корпус (фюзеляж) для размещения экипажа, пассажиров и груза; кабина — это место, из которого пилот управляет органами управления и приборами для управления самолетом.
Принципы полета и эксплуатации самолета
На самолет в горизонтальном полете без ускорения действуют четыре силы. (При повороте, нырянии или полете с набором высоты в игру вступают дополнительные силы.) Этими силами являются подъемная сила, сила, действующая вверх; сопротивление, тормозящая сила сопротивления подъемной силе и трению самолета, движущегося по воздуху; вес, нисходящий эффект гравитации на самолет; и тяга, сила прямого действия, обеспечиваемая двигательной установкой (или, в случае самолета без двигателя, за счет использования силы тяжести для преобразования высоты в скорость).
Сопротивление и вес — элементы, присущие любому объекту, в том числе и летательному аппарату. Подъемная сила и тяга — это искусственно созданные элементы, разработанные для того, чтобы самолет мог летать.
Понимание подъемной силы в первую очередь требует понимания аэродинамического профиля, который представляет собой структуру, предназначенную для получения реакции на его поверхность от воздуха, в котором он движется. Ранние аэродинамические поверхности обычно имели немного больше, чем слегка изогнутую верхнюю поверхность и плоскую нижнюю поверхность. На протяжении многих лет аэродинамические поверхности адаптировались для удовлетворения меняющихся потребностей. К 1920-м годам аэродинамические поверхности обычно имели закругленную верхнюю поверхность, при этом наибольшая высота достигалась в первой трети хорды (ширины). Со временем как верхняя, так и нижняя поверхности искривлялись в большей или меньшей степени, а наиболее толстая часть аэродинамического профиля постепенно смещалась назад.
По мере роста скорости полета возникла потребность в очень плавном прохождении воздуха над поверхностью, что было достигнуто в аэродинамическом профиле с ламинарным потоком, где изгиб был дальше назад, чем того требовала современная практика. Сверхзвуковые самолеты потребовали еще более радикальных изменений в форме аэродинамического профиля, некоторые из которых потеряли округлость, ранее связанную с крылом, и приобрели форму двойного клина.
Викторина «Британника»
Рукотворные птицы в небе
От дирижаблей до реактивных винтов — примите участие в этой викторине и проверьте свои знания о самолетах и авиации.
Двигаясь вперед в воздухе, аэродинамический профиль крыла получает полезную для полета реакцию от воздуха, проходящего над его поверхностью. (В полете аэродинамическая поверхность крыла обычно создает наибольшую подъемную силу, но гребные винты, хвостовое оперение и фюзеляж также функционируют как аэродинамические поверхности и создают подъемную силу различной величины.
) В 18 веке швейцарский математик Даниэль Бернулли обнаружил, что если скорость воздуха над определенной точкой профиля увеличивается, давление воздуха уменьшается. Воздух, протекающий над изогнутой верхней поверхностью аэродинамического профиля крыла, движется быстрее, чем воздух, протекающий по нижней поверхности, уменьшая давление сверху. Более высокое давление снизу толкает (поднимает) крыло вверх в область более низкого давления. Одновременно воздух, обтекающий нижнюю часть крыла, отклоняется вниз, обеспечивая ньютоновскую равную и противоположную реакцию и внося свой вклад в общую подъемную силу.
На подъемную силу аэродинамического профиля также влияет его «угол атаки», то есть его угол по отношению к ветру. И подъемную силу, и угол атаки можно сразу, хотя и грубо, продемонстрировать, выставив руку из окна движущегося автомобиля. Когда рука повернута плашмя к ветру, ощущается большое сопротивление и создается небольшой «подъем», поскольку за рукой находится турбулентная область.
Отношение подъемной силы к сопротивлению низкое. Когда рука держится параллельно ветру, сопротивление гораздо меньше и создается умеренная подъемная сила, турбулентность сглаживается, а отношение подъемной силы к сопротивлению лучше. Однако если руку немного повернуть так, чтобы ее передний край был поднят на больший угол атаки, подъемная сила увеличится. Это положительное увеличение отношения подъемной силы к сопротивлению создаст тенденцию руки «летать» вверх и вверх. Чем больше скорость, тем больше будет подъемная сила и сопротивление. Таким образом, полная подъемная сила связана с формой аэродинамического профиля, углом атаки и скоростью, с которой крыло проходит через воздух.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подписаться сейчас
Вес – это сила, действующая противоположно подъемной силе. Таким образом, конструкторы пытаются сделать самолет максимально легким. Поскольку все конструкции самолетов имеют тенденцию к увеличению веса в процессе разработки, в штатах современных аэрокосмических инженеров есть специалисты в области контроля веса с самого начала проектирования.
Кроме того, пилоты должны контролировать общий вес, который разрешено перевозить воздушному судну (пассажиры, топливо и груз), как по количеству, так и по местоположению. Распределение веса (т. Е. Управление центром тяжести самолета) так же важно с точки зрения аэродинамики, как и величина переносимого веса.
Тяга, сила, действующая вперед, противостоит сопротивлению, как подъемная сила противостоит весу. Тяга получается за счет ускорения массы окружающего воздуха до скорости, превышающей скорость самолета; равной и противоположной реакцией является движение самолета вперед. В поршневых или турбовинтовых самолетах тяга создается за счет движущей силы, вызванной вращением воздушного винта, а остаточная тяга обеспечивается выхлопом. В реактивном двигателе тяга создается движущей силой вращающихся лопастей турбины, сжимающей воздух, который затем расширяется за счет сгорания введенного топлива и выбрасывается из двигателя. В самолете с ракетным двигателем тяга создается за счет равной и противоположной реакции на горение ракетного топлива.
В планере высота, достигнутая с помощью механических, орографических или тепловых методов, преобразуется в скорость посредством гравитации.
Действуя в постоянном противодействии тяге, есть сопротивление, состоящее из двух элементов. Паразитическое сопротивление вызвано сопротивлением формы (из-за формы), трением кожи, помехами и всеми другими элементами, которые не способствуют подъемной силе; Индуктивное сопротивление создается в результате создания подъемной силы.
Паразитное сопротивление увеличивается по мере увеличения скорости полета. Для большинства полетов желательно, чтобы все сопротивление было сведено к минимуму, и по этой причине значительное внимание уделяется оптимизации формы самолета за счет устранения как можно большего количества конструкций, вызывающих сопротивление (например, ограждение кабины фонарем, уборка шасси, заклепка заподлицо, покраска и полировка поверхностей). Некоторые менее очевидные элементы сопротивления включают относительное расположение и площадь поверхностей фюзеляжа и крыла, двигателя и оперения; пересечение крыльев и оперения; непреднамеренная утечка воздуха через конструкцию; использование избыточного воздуха для охлаждения; и использование отдельных форм, которые вызывают локальное разделение воздушного потока.
Индуктивное сопротивление вызывается той частью воздуха, которая отклоняется вниз и не является вертикальной по отношению к траектории полета, а немного наклонена назад от нее. По мере увеличения угла атаки увеличивается и сопротивление; в критической точке угол атаки может стать настолько большим, что поток воздуха разбивается о верхнюю поверхность крыла, и подъемная сила теряется при увеличении сопротивления. Это критическое состояние называется сваливанием.
Подъемная сила, сопротивление и сваливание по-разному зависят от формы крыла в плане. Например, эллиптическое крыло, подобное тому, что использовалось на истребителе Supermarine Spitfire времен Второй мировой войны, хотя и идеально с точки зрения аэродинамики для дозвукового самолета, имеет более нежелательную схему сваливания, чем простое прямоугольное крыло.
Аэродинамика сверхзвукового полета сложна. Воздух сжимаем, и по мере увеличения скорости и высоты скорость воздуха, обтекающего самолет, начинает превышать скорость движения самолета по воздуху.
Скорость, при которой эта сжимаемость действует на самолет, выражается как отношение скорости самолета к скорости звука, называемое числом Маха в честь австрийского физика Эрнста Маха. Критическое число Маха для самолета было определено как то, при котором в какой-то точке самолета скорость воздушного потока достигает скорости звука.
При числах Маха, превышающих критическое число Маха (то есть скоростях, при которых воздушный поток превышает скорость звука в локальных точках на планере) происходят значительные изменения сил, давлений и моментов, действующих на крыло и фюзеляжа в результате образования ударных волн. Одним из наиболее важных эффектов является очень большое увеличение сопротивления, а также снижение подъемной силы. Первоначально конструкторы стремились достичь более высоких критических чисел Маха за счет проектирования самолетов с очень тонкими профилями крыла и горизонтальных поверхностей и за счет обеспечения максимально возможного отношения тонкости (длины к диаметру) фюзеляжа.
Соотношение толщины крыла (толщина крыла, деленная на его ширину) составляла от 14 до 18 процентов на типичных самолетах 19-го века.40–45 период; в более поздних самолетах это соотношение было снижено до менее 5 процентов. Эти методы задержали локальный воздушный поток, достигший скорости 1,0 Маха, что позволило немного увеличить критические числа Маха для самолета. Независимые исследования, проведенные в Германии и США, показали, что достижение критического числа Маха можно еще больше отсрочить, если откинуть крылья назад. Размах крыла был чрезвычайно важен для разработки немецкого Messerschmitt Me 262 времен Второй мировой войны, первого боевого реактивного истребителя, а также для послевоенных истребителей, таких как North American F-86 Sabre и советский МиГ-15. Эти истребители работали на высоких дозвуковых скоростях, но конкурентное давление разработки требовало самолетов, которые могли бы работать на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Мощность реактивных двигателей с форсажной камерой делала эти скорости технически возможными, но конструкторам все еще мешало огромное увеличение лобового сопротивления в околозвуковой области.