Номер 1, страница 87 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 22. Реактивный двигатель. Холодильные машины. Темы докладов - номер 1, страница 87.

Условие.

1. Реактивный двигатель и авиация.

Решение.

Решение

Реактивный двигатель — это двигатель, создающий тягу посредством преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела. Его появление произвело революцию в авиации, позволив самолетам достигать ранее немыслимых скоростей, высот и дальностей полета. Связь между реактивным двигателем и авиацией неразрывна, поскольку именно он определил облик современного воздушного транспорта.

1. Принцип работы и основы теории

В основе работы любого реактивного двигателя лежит третий закон Ньютона, который гласит: «Действию всегда есть равное и противоположное противодействие». Двигатель с огромной скоростью выбрасывает массу раскаленных газов (реактивную струю) в одном направлении, а в результате этого возникает сила (сила тяги), толкающая сам двигатель и связанный с ним летательный аппарат в противоположном направлении.

Основные этапы работы классического турбореактивного двигателя:

1. Входное устройство (воздухозаборник): Захватывает и предварительно сжимает набегающий поток воздуха.
2. Компрессор: Система вращающихся и неподвижных лопаток, которая сильно сжимает воздух, повышая его давление и температуру.
3. Камера сгорания: В сжатый воздух впрыскивается топливо (авиационный керосин) и поджигается. В результате горения образуется огромное количество раскаленных газов под высоким давлением.
4. Турбина: Газы из камеры сгорания устремляются на лопатки турбины, заставляя ее вращаться с огромной скоростью. Турбина через вал соединена с компрессором и приводит его в действие, обеспечивая непрерывность цикла.
5. Сопло: Оставшаяся энергия газов используется для их ускорения в сужающемся сопле. Вырываясь из сопла с высокой скоростью, газы создают реактивную тягу.

Сила тяги (F) в общем виде описывается формулой, основанной на законе сохранения импульса:

$F = \dot{m}_{г} \cdot v_{г} - \dot{m}_{в} \cdot v_{с} + (p_{г} - p_{а}) \cdot S_{с}$

где $\dot{m}_{г}$ — секундный расход массы газа через сопло, $v_{г}$ — скорость истечения газов из сопла, $\dot{m}_{в}$ — секундный расход воздуха через двигатель, $v_{с}$ — скорость полета самолета, $p_{г}$ — давление газов на срезе сопла, $p_{а}$ — атмосферное давление, $S_{с}$ — площадь выходного сечения сопла.

Ответ: Реактивный двигатель работает на основе третьего закона Ньютона, создавая тягу путем выброса реактивной струи газов. Основной цикл включает забор воздуха, его сжатие, сжигание топлива, работу турбины для привода компрессора и ускорение выхлопных газов в сопле.

2. Типы реактивных двигателей и их применение

Существует несколько основных типов воздушно-реактивных двигателей, каждый из которых имеет свою область применения:

• Турбореактивный двигатель (ТРД): Исторически первый тип. Вся масса проходящего через двигатель воздуха участвует в сгорании. Отличается высокой скоростью истечения газов, эффективен на больших, в том числе сверхзвуковых, скоростях. Применялся на первых реактивных истребителях и лайнерах, сегодня используется редко, в основном на военных самолетах старых поколений и некоторых беспилотниках.
• Турбовентиляторный двигатель (ТРДД): Самый распространенный тип в современной гражданской и военной транспортной авиации. В нем компрессор первой ступени (вентилятор) имеет большой диаметр. Часть воздуха проходит через внутренний контур (компрессор, камеру сгорания, турбину), а основная часть (до 90% и более) — через внешний контур, обтекая ядро двигателя. Этот «холодный» поток создает значительную долю тяги. ТРДД гораздо экономичнее и тише, чем ТРД, на дозвуковых скоростях.
• Турбовинтовой двигатель (ТВД): В этом двигателе основная часть энергии турбины (до 90%) идет на вращение воздушного винта (пропеллера), и лишь малая часть тяги создается за счет реактивной струи. ТВД очень экономичны на относительно небольших скоростях (до 600–800 км/ч) и высотах. Широко применяются на региональных и транспортных самолетах (например, Ан-24, ATR 72, C-130 Hercules).
• Прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД): Двигатель простейшей конструкции, не имеющий движущихся частей (компрессора и турбины). Сжатие воздуха происходит за счет его торможения во входном устройстве на высокой скорости полета. ПВРД не может работать с нулевой скорости и требует начального разгона. Эффективен на сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях (от 2 Махов и выше). Применяется в ракетах и экспериментальных летательных аппаратах.

Ответ: Основные типы реактивных двигателей — турбореактивный (для высоких скоростей), турбовентиляторный (основной для современной авиации), турбовинтовой ( для региональных и транспортных самолетов) и прямоточный (для гиперзвуковых скоростей).

3. Влияние на развитие авиации

Появление реактивного двигателя ознаменовало начало новой эры в авиации — «реактивной эры».

• Скорость и высота: Реактивные двигатели позволили преодолеть звуковой барьер. Скорости полета выросли с 600–700 км/ч (для поршневых самолетов) до 900–1000 км/ч для дозвуковых лайнеров и свыше 2000 км/ч для сверхзвуковых военных и пассажирских самолетов (Ту-144, Concorde). Полеты стали возможны на высотах более 10 000 м, где разреженный воздух снижает сопротивление и повышает топливную эффективность.
• Массовые перевозки: Высокая мощность и надежность реактивных двигателей позволили создать широкофюзеляжные авиалайнеры (Boeing 747, Airbus A380), способные перевозить сотни пассажиров на межконтинентальные расстояния. Это сделало авиаперелеты доступным видом транспорта, что привело к бурному росту туризма и глобализации мировой экономики.
• Военное дело: В военной авиации реактивные двигатели привели к смене поколений истребителей. Скорость, скороподъемность и потолок полета боевых машин многократно возросли, что коренным образом изменило тактику воздушного боя. Появились стратегические бомбардировщики, способные доставлять ядерное оружие в любую точку планеты.

Первым серийным реактивным истребителем стал немецкий Messerschmitt Me 262 (1944 г.), а первым реактивным пассажирским лайнером — британский De Havilland Comet (1949 г.).

Ответ: Реактивный двигатель кардинально изменил авиацию, обеспечив скачок в скорости, высоте и дальности полета. Это привело к появлению массовых пассажирских перевозок, глобализации и полной смене парадигмы в военной авиации.