Bayangkan sebuah roket yang menyala, memuntahkan api yang bersinar saat melepaskan diri dari tarikan gravitasi Bumi dan terbang ke langit.Tapi dari mana dorongan datang dari? Bagaimana ia mengatasi hambatan udara dan berat kendaraan sendiri? Artikel ini mengeksplorasi dasar-dasar dorongan, dari prinsip dasar untuk desain mesin,mengungkapkan rahasia inti dari sistem propulsi aerospace.

Dorongan adalah kekuatan yang mendorong pesawat terbang melalui udara. baik untuk mengatasi hambatan pesawat atau menangkal berat roket, dorongan memungkinkan penerbangan.dorongan dihasilkan melalui berbagai sistem propulsi.

Dorongan adalah gaya mekanik yang diciptakan melalui gaya reaksi dari massa gas yang mempercepat.menunjukkan Hukum Ketiga Newton (aksi dan reaksi)Sebagai kuantitas vektor, dorongan memiliki baik besar dan arah. Mesin melakukan pekerjaan pada gas, mempercepatnya mundur sambil menghasilkan dorongan ke arah yang berlawanan.Ukuran dorongan tergantung pada jumlah gas yang dipercepat dan perubahan kecepatan melalui mesin.

Menurut Hukum Kedua Newton, gaya (F) sama dengan laju perubahan momentum suatu benda dalam waktu. momentum adalah hasil dari massa (m) dan kecepatan (V). antara kali t1 dan t2,kekuatan dapat dinyatakan sebagai:

Dengan massa konstan dan perubahan kecepatan, ini disederhanakan ke persamaan yang akrab:

Sementara melacak massa adalah mudah untuk padat, cairan (cairan atau gas) membutuhkan parameter yang berbeda.laju aliran massa menjadi krusial didefinisikan sebagai massa yang melewati bidang tertentu per satuan waktu (kg/detik), siput/detik, dll). Ini sama dengan kepadatan (ρ) dikalikan dengan kecepatan (V) dan luas (A). Aerodinamikawan menunjukkan ini sebagai ṁ (m-dot):

Notasi titik mewakili turunan waktu (d/dt), membuat ṁ adalah laju aliran massa daripada hanya massa.kita dapat mengungkapkan perubahan momentum pada perangkat propulsi sebagai perubahan laju aliran massa dikalikan dengan kecepatan. Menandai keluar sebagai stasiun "e" dan aliran bebas sebagai stasiun "0":

Ketika tekanan keluar (pe) berbeda dari tekanan aliran bebas (p0), kita harus memasukkan istilah tambahan yang memperhitungkan efek area tekanan.

Biasanya, istilah area tekanan tetap kecil dibandingkan dengan komponen ṁV.

Persamaan dorongan mengungkapkan dua metode utama untuk menghasilkan dorongan tinggi.di mana bahkan peningkatan kecepatan sederhana menghasilkan dorongan yang substansial prinsip di balik pesawat baling-baling dan mesin turbofan bypass tinggiPendekatan kedua berfokus pada memaksimalkan kecepatan keluar relatif terhadap kecepatan masuk, seperti yang terlihat pada turbojet, mesin afterburning, dan roket.Setiap metode melibatkan kompromi efisiensi yang berbeda pada rentang kecepatan ekstrem.

Untuk mesin turbin gas dengan nozel yang dirancang untuk menyamakan tekanan keluar dan aliran bebas, persamaan umum disederhanakan dengan menghilangkan istilah tekanan:

Istilah pertama mewakili dorongan total, sementara yang kedua menjadi tarikan ram. Karena arus massa keluar dan masuk hampir sama, kita dapat mendefinisikan aliran udara mesin (ṁ) eng dan dorongan spesifik (Fs):

Mesin roket, membawa oksidator mereka sendiri, menyederhanakan secara berbeda:

Kinerja roket sering menggunakan impuls spesifik (Isp), yang menghilangkan ketergantungan aliran massa:

Di mana Veq adalah kecepatan setara (kecepatan keluar muncung ditambah tekanan) dan g0 adalah percepatan gravitasi.

Untuk kedua roket dan mesin jet, nozzles melayani dua fungsi penting: menentukan kecepatan keluar untuk kondisi tekanan / suhu tertentu dan menetapkan laju aliran massa melalui tenggorokan tersedak.Desain nozel pada dasarnya menentukan dorongan sistem propulsi.

Generasi dorongan bergantung pada konversi energi – biasanya melalui pembakaran bahan bakar – untuk mempercepat gas. Sementara sistem propulsi yang berbeda (propeller, jet, ramjet, roket) menghasilkan dorongan yang berbeda,semua mematuhi prinsip-prinsip fisika dasar ini.