ลองจินตนาการถึง โรค็อตที่ลุกขึ้น เผาไฟที่ส่องสว่าง เมื่อมันหลุดออกจากแรงดึงดูดของโลก และบินขึ้นไปบนท้องฟ้าแต่แรงผลักดันมาจากไหน? วิธีการที่มันเอาชนะความต้านทานของอากาศและน้ําหนักของรถยนต์เอง? บทความนี้สํารวจพื้นฐานของแรงผลัก จากหลักการพื้นฐานการออกแบบเครื่องยนต์เปิดเผยความลับหลักของระบบขับเคลื่อนอากาศ.

กระตุ้นคือแรงที่ผลักดันเครื่องบินผ่านอากาศ ไม่ว่าจะเป็นการเอาชนะแรงต่อต้านของเครื่องบิน หรือการแก้ไขน้ําหนักของ roket กระตุ้นทําให้การบินเป็นไปได้การผลิตแรงผลักดันผ่านระบบขับเคลื่อนต่างๆ.

กระตุ้นคือแรงกลไกที่เกิดจากการปฏิกิริยาของแก๊สที่เร่งวิ่งการแสดงกฎที่สามของนิวตัน (การกระทําและปฏิกิริยา). ในฐานะปริมาณเวกเตอร์, กระตุ้นมีทั้งขนาดและทิศทาง. เครื่องยนต์ทํางานบนก๊าซ, เร่งมันกลับในขณะที่ผลิตกระตุ้นในทิศทางตรงกันข้ามความใหญ่ของแรงผลักดันขึ้นอยู่กับปริมาณก๊าซเร่งและความเร็วของมันเปลี่ยนแปลงผ่านเครื่องยนต์.

ตามกฎที่สองของนิวตัน แรง (F) เท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงความเร็วของวัตถุในเวลา ความเร็วคือผลผลของมวล (m) และความเร็ว (V) ระหว่างเวลา t1 และ t2แรงสามารถแสดงออกได้ว่า:

ด้วยมวลคงที่และความเร็วที่เปลี่ยนแปลง, นี่ทําให้เรียบง่ายเป็นสมการที่คุ้นเคย:

ขณะที่การติดตามมวลเป็นเรื่องตรงไปตรงมาสําหรับของแข็ง, น้ํายา (ของเหลวหรือของก๊าซ) ต้องการปริมาตรที่แตกต่างกัน. สําหรับน้ํายาที่เคลื่อนไหว,อัตราการไหลของปริมาณมวลกลายเป็นสําคัญ, slug/sec เป็นต้น) เท่ากับความหนาแน่น (ρ) คูณความเร็ว (V) และพื้นที่ (A) นักบินสุวรรณภูมิแสดงให้เห็นว่า

การระบุจุดแสดงผลมาจากเวลา (d/dt) ทําให้ ṁ เป็นอัตราการไหลของมวลมากกว่าแค่มวลเราสามารถแสดงความเปลี่ยนแปลงของแรงเคลื่อนที่บนอุปกรณ์ขับเคลื่อนได้ เช่น การเปลี่ยนแปลงของอัตราการไหลของมวล คูณด้วยความเร็วการติดป้ายออกเป็นสถานี "e" และการไหลเวียนฟรีเป็นสถานี "0":

เมื่อความดันออก (pe) แตกต่างจากความดันในกระแสอิสระ (p0), เราต้องรวมเทอมเพิ่มเติมที่บัญชีผลพื้นที่ความดัน. สมการแรงผลักดันทั่วไปที่สมบูรณ์แบบกลายเป็น:

โดยปกติแล้ว อัตราพื้นที่ความดันยังคงเล็ก เมื่อเทียบกับองค์ประกอบ ṁV

สมการแรงผลักดันเปิดเผยวิธีหลักสองวิธีในการผลิตแรงผลักดันสูง. วิธีแรกคือการยกระดับอัตราการไหลของเครื่องยนต์สูงสุด (ṁ),ที่แม้แต่ความเร็วที่เพิ่มขึ้นเล็ก ๆ น้อย ๆ สร้างแรงผลักดันที่สําคัญแนวทางที่สองเน้นการยกระดับความเร็วในการออกสูงสุดเทียบกับความเร็วในการเข้า อย่างที่เห็นในเครื่องยนต์ทอร์บโยเจต เครื่องยนต์ไฟฟ้าหลังการเผา และร็อกเก็ตวิธีการแต่ละวิธีจะเกี่ยวข้องกับการซื้อขายประสิทธิภาพที่แตกต่างกันในช่วงความเร็วสูงสุด.

สําหรับเครื่องยนต์หันกลมแก๊สที่มีจุลที่ออกแบบเพื่อทําให้แรงดันออกและแรงดันในระบายฟรีเท่ากัน, สมการทั่วไปจะง่ายขึ้นโดยการกําจัดเทอมแรงดัน:

อัตราแรกแสดงแรงผลักยนต์ทั้งหมด ขณะที่อัตราที่สองกลายเป็นแรงผลักยนต์ของ ram. เนื่องจากอัตราการไหลของมวลออกและเข้าจะเกือบเท่ากัน เราสามารถกําหนดการไหลของอากาศของเครื่องยนต์ (ṁ) eng และแรงผลักยนต์เฉพาะ (Fs):

เครื่องยนต์ร็อคเก็ต ขนสารออกซิเดอร์ของตัวเอง ทําให้ง่ายขึ้นในแบบที่แตกต่างกัน

การทํางานของร็อกเก็ตมักใช้แรงกระตุ้นเฉพาะ (Isp) ซึ่งกําจัดความขึ้นอยู่กับการไหลของมวล:

โดย Veq คือความเร็วเท่ากัน (ความเร็วการออกของกระบอก + อัตราความดัน) และ g0 คือความเร่งทางแรงโน้มถ่วง

ทั้งสําหรับรอก็อตและเครื่องยนต์เจ็ท ดอยใช้งานได้สองหน้าที่สําคัญ: การกําหนดความเร็วการออกสําหรับสภาพความดัน / อุณหภูมิที่กําหนดไว้ และการกําหนดอัตราการไหลของมวลผ่านการหงุดคอการออกแบบกระปุกจะกําหนดแรงผลักดันของระบบขับเคลื่อน.

การสร้างแรงผลักดันขึ้นอยู่กับการแปลงพลังงาน โดยทั่วไปผ่านการเผาไหม้เชื้อเพลิง เพื่อเร่งก๊าซ ในขณะที่ระบบขับเคลื่อนที่แตกต่างกัน (เครื่อง baling, เจต, ramjets, rokets) ผลิตแรงผลักดันแตกต่างกัน,ทุกอย่างเชื่อฟังหลักการทางฟิสิกส์พื้นฐานเหล่านี้