Hãy tưởng tượng một tên lửa phát ra những ngọn lửa rực rỡ khi thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái đất và bay lên bầu trời.Nhưng lực đẩy đến từ đâu?Bài viết này khám phá các nguyên tắc cơ bản của lực đẩy, từ các nguyên tắc cơ bản đến thiết kế động cơ,tiết lộ những bí mật cốt lõi của hệ thống đẩy không gian.

Động lực là lực thúc đẩy máy bay qua không khí. dù là để vượt qua sức cản của máy bay hay để chống lại trọng lượng của tên lửa, lực đẩy làm cho chuyến bay có thể. được tạo ra bởi một động cơlực đẩy được tạo ra thông qua các hệ thống đẩy khác nhau.

Động lực là một lực cơ học được tạo ra thông qua lực phản ứng của khối lượng khí tăng tốc.chứng minh Luật thứ ba của Newton (hành động và phản ứng)Là một số lượng vector, lực đẩy có cả cường độ và hướng.Độ lớn lực đẩy phụ thuộc vào số lượng khí tăng tốc và thay đổi vận tốc của nó thông qua động cơ.

Theo định luật thứ hai của Newton, lực (F) bằng tốc độ thay đổi thời gian của động lượng của một vật thể.lực có thể được thể hiện như:

Với khối lượng không đổi và thay đổi vận tốc, điều này đơn giản hóa thành phương trình quen thuộc:

Trong khi theo dõi khối lượng là đơn giản cho chất rắn, chất lỏng (nước lỏng hoặc khí) yêu cầu các thông số khác nhau.Tỷ lệ dòng chảy khối lượng trở nên quan trọng được định nghĩa là khối lượng đi qua một mặt phẳng nhất định mỗi đơn vị thời gian (kg / giây)Nó bằng mật độ (ρ) nhân với vận tốc (V) và diện tích (A). Các nhà khí động học biểu thị điều này là ṁ (m-dot):

Dấu hiệu chấm đại diện cho một phái sinh thời gian (d / dt), làm cho ṁ là tốc độ lưu lượng khối lượng chứ không chỉ đơn giản là khối lượng.chúng ta có thể thể hiện sự thay đổi động lực trên một thiết bị đẩy như thay đổi tốc độ lưu lượng khối lượng nhân với vận tốc. Nhãn ra như là trạm "e" và dòng chảy tự do như là trạm "0":

Khi áp suất ra (pe) khác với áp suất dòng chảy tự do (p0), chúng ta phải bao gồm một thuật ngữ bổ sung tính toán hiệu ứng diện tích áp suất.

Thông thường, thuật ngữ diện tích áp suất vẫn nhỏ so với các thành phần ṁV.

Phương trình lực đẩy cho thấy hai phương pháp chính để tạo ra lực đẩy cao.nơi thậm chí tăng tốc độ khiêm tốn tạo ra lực đẩy đáng kể nguyên tắc đằng sau máy bay cánh quạt và động cơ turbofan cao bypassPhương pháp tiếp cận thứ hai tập trung vào việc tối đa hóa tốc độ thoát so với tốc độ đầu vào, như được thấy trong các máy bay tăng tốc, động cơ đốt sau và tên lửa.Mỗi phương pháp liên quan đến sự đánh đổi hiệu quả khác nhau ở các phạm vi tốc độ cực đoan.

Đối với động cơ tuabin khí với vòi phun được thiết kế để cân bằng áp suất thoát và áp suất dòng chảy tự do, phương trình chung đơn giản hóa bằng cách loại bỏ thuật ngữ áp suất:

Thuật ngữ đầu tiên đại diện cho lực đẩy tổng thể, trong khi thuật ngữ thứ hai trở thành lực cản ram. Vì tốc độ dòng chảy khối lượng ra và vào gần như bằng nhau, chúng ta có thể xác định dòng chảy không khí động cơ (ṁ) eng và lực đẩy cụ thể (Fs):

Các động cơ tên lửa, mang theo chất oxy hóa của riêng họ, đơn giản hóa khác nhau:

Hiệu suất tên lửa thường sử dụng xung cụ thể (Isp), loại bỏ sự phụ thuộc dòng chảy khối lượng:

Trong đó Veq là vận tốc tương đương (tốc độ ra khỏi vòi phun cộng với áp suất) và g0 là gia tốc hấp dẫn.

Đối với cả tên lửa và động cơ phản lực, vòi phun phục vụ hai chức năng quan trọng: xác định tốc độ thoát cho các điều kiện áp suất / nhiệt độ nhất định và thiết lập tốc độ dòng chảy khối lượng thông qua nghẹt cổ họng.Thiết kế vòi phun cơ bản xác định lực đẩy hệ thống đẩy.

Việc tạo ra lực đẩy dựa trên chuyển đổi năng lượng, thông thường thông qua đốt nhiên liệu, để tăng tốc khí.,tất cả đều tuân thủ những nguyên tắc cơ bản của vật lý.