Reaktiivliikumine + reaktiivjõud (0)

Juhan Liivi nim. Alatskivi Keskkool
Füüsika
Sander Kukk
REAKTIIVLIIKUMINE
Referaat
Juhendaja : Liidia Pogorelova
Alatskivi
2010

SISUKORD

SISSEJUHATUS

Valisin enda refereeritavaks teemaks reaktiivliikumise, sest antud teema on huvitav ning nõuab detailset käsitlust. Samuti leidus reaktiivliikumist tutvustavaid andmeid nii internetis kui ka raamatukogus, mille tõttu tundus referaadi koostamine piisavalt asjakohane , ning on olemas ka isiklik huvi uurida reaktiivmootoreid, nende ehitust ja reaktiivliikumisega seonduvat. Reaktiivliikumine on selline liikumine, mida põhjustab kehast eemale paiskuv gaasi- või vedelikujuga, mis avaldub vastumõjuna ehk reaktiivjõuna. Kui eemale lendava joa liikumissuund läbib keha massikeset, on reaktiivliikumine kulgemine. Reaktiivliikumist kasutatakse rakettide lennutamisel kosmosesse, aga seda kasutavad ka mõned loomad liikumiseks, näiteks seepia.

1.REAKTIIVJÕUD

Oletame, et nullilähedase ajaga t väljub düüsist ainekogus massiga m. Kui ta saavutab mootori suhtes kiiruse v, siis on ta impulsi muut (algkiirus on mootori suhtes 0), ja seega peab väljuvale ainele mõjuma jõud
. Newtoni 3. Seaduse järgi mõjub siis ka mootorile täpselt sama suur, kuid vastassuunaline jõud . Aja väärtus t peab olema 0, sest me arvutame mingil kindlal ajahetkel mõjuvat jõudu ja hetk peab olema kindlalt piiritletud . Seega mõjub töötavale reaktiivmootorile pidevalt ühesuunaline jõud. Kui mootor kuhugi kõvasti kinnitatud pole, siis hakkab see kiirenevalt liikuma. Kui mootor on aga kindlale alusele kinnitatud, siis liigutab see vastavale ka antud keha. Pilt 2: Columbia start
Pilt 1: Apollo 13 start
Kosmosesüstikute üleslennutamiseks on vaja rakendada suurt, 1497 tonnist veojõudu, mis saab võimalikuks ainult tänu ülivõimsatele alumiiniumipulbril töötavatele stardikiirenditele ning kolmele põhimootorile, mis töötavad vesiniku ja hapniku seguga. Kogu see rakenduv veojõud on võrreldav Boeing 747-e kolmeteistkordse veojõuga. 617 tonni hapnikku ja 103 tonni vedelat vesinikku talletatakse välispaagis, mis on ühtlasi kogu süstiku kõige suurem komponent . Kosmoselennud on väga riskantsed ja kallid ettevõtmised.

2. REAKTIIVMOOTORID

Reaktiivmootorite jaotus

Reaktiivmootoreid saab jagada energiaallika järgi, kus ainsaks arvestatavaks jaotiseks on termoreaktiivmootorid. Need jagunevad 2 põhitüübiks:

Rakettmootorid

Keemilised rakettmootorid

vedelkütusrakettmootorid

tahkekütusrakettmootorid

hübriidrakettmootorid

Mittekeemilised rakettmootorid

tuuma-,

päikese- ja

elektrijõul töötavad mootorid

Õhureaktiivmootorid

Kompressorita mootorid

otsevoolureaktiivmootorid

pulsatsioonreaktiivmootorid

Kompressoriga mootorid

turboreaktiivmootorid

Üldtutvustus

Reaktiivmootoritest on kõige lihtsama ehitusega pulseeriv reaktiivmootor, mida kasutatakse laialdaselt näiteks mudellennunduses. Mudellennunduses kasutatakse pulseerivaid reaktiivmootoreid ringkiirusmudelite jõuallikana. Reaktiivmootor on suurtel lennukiirustel kolbmootorist parem, sest tema tõmbejõud suureneb kiiruse kasvamisega ning erikaal (kaalu ja tõmbejõu suhe) on väiksem kui kolbmootoril.
. Joonis 1: Reaktiivmootori ehitus
Pulseeriv reaktiivmootor on ehituselt väga lihtne. Mootor koosneb alumiiniumist valmistatud mootoripeast (1), 0,2 mm paksusest kuumusekindlast terasplekist valmistatud põlemiskambrist (2) ja resonantstorust (3). Mootoripeas asub kütusepaagiga (5) ühendatud karburaatoritoru (4). Põlemiskambri ja mootoripea vahel on vahesein (6), millesse puuritud auke katab eriterasest klapp (7); tagantpoolt on põlemiskamber avatud. Põlemiskambrisse kinnitub süüteküünal (8).

Pulseeriva reaktiivmootori tööpõhimõte

Õhuvool, suundudes mootorisse, kiireneb mootoripea kitsas lõigus, nn. konfuusoris, mille tõttu rõhk seal langeb. Õhurõhk on kõige väiksem konfuusori kitsamas osas, kuhu on paigutatud karburaator , mistõttu kütus ( bensiin ) imetakse paagist välja ja pihustatakse. Kütuse osakesed aurustuvad ja satuvad koos õhuga mootoripea laienevasse tagaosasse, nn. difuusorisse, kus rõhk uuesti suureneb. Järgnevalt läbib kütuseaurudega küllastunud õhuvool vaheseina ja satub klappide vahelt põlemiskambrisse. Segu süüdatakse süüteküünla abil. Põlemisel rõhk põlemiskambris suureneb ja seetõttu klapp sulgub. Gaasid väljuvad mootorist läbi resonantstoru suurel kiirusel. Resonantstorust väljuvate gaaside reaktiivjõud tõukab mootorit edasi. Gaaside väljavoolamisel mootorist rõhk põlemiskambris väheneb. Kui rõhk on muutunud põlemiskambris väiksemaks kui difuusoris, avaneb klapp uuesti ja värske segu voolab mootorisse ning eespoolkirjeldatud nähtused korduvad. Klapi sulgumine toimub umbes 150 korda sekundis. Gaaside väljavoolamisel põlemiskambris tekkiv hõrendus on põhjustatud gaasisamba, nn. „gaasikolvi“ inertsusest pikas resonantstorus. „Gaasikolvil“ on täita veel teinegi tähtis ülesanne: enda poolt tekitatud hõrenduse mõjul muudab ta suunda ja avaldab survet põlemiskambrisse imetud värskele segule, suurendades seega rõhku segu süttimise momendil .

Mootori tööjärjekord

Joonis 2: Mootori tööjärjekord

• Klapp on avatud, värske küttesegu täidab põlemiskambri.
  
• Segu süttimine. Põlemisel tekkivad gaasid paisuvad , rõhk põlemiskambris suureneb, klapid sulguvad ja gaasid suunduvad resonantstorusse.
  
• Paisuvad gaasid liiguvad resonantstoru lõpuni, tekitades põlemikambris hõrenduse, mille mõjul klapid avanevad .
  
• Põlemiskamber täitub värske seguga. „Gaasikolb“ liigub tagasi põlemiskambri suunas, rõhudes värskele segule.
  

Reaktiivmootoritel esinevad rikked

• Käivitamisel üksikud paugud, leek lööb konfuusorist eest välja. Põhjuseks on purunenud või paigalt nihkunud klapp. Klapp asendada või korrastada.
  
• Mootor ei käivitu. Karburaator on ummistunud või kütus otsas. Puhastada karburaator või täita kütusepaak.
  
• Mootor töötab ebaühtlaselt. Klapp on paindunud või kütus voolab peale ebaühtlaselt. Reguleerida klapp või korrastada toitesüsteem.
  

Reaktiivmootorite käivitamisel järgitavad ohutusnõuded

• Mootori lähedal ei tohi olla kütust, ega muid kergestisüttivaid aineid.
  
• Käepärast peab olema tulekustuti või kast liivaga ja ämber vett.
  
• Mootor ja kütusepaak peavad olema tugevasti kinnitatud.
  
• Mootori proovimiseks ei tohi pakki kallata rohkem kui 1 liitrit kütust.
  
• Mootori töötamisel ei tohi paaki kütust juurde kallata.
  
• Süütesüsteemi juhtmed peavad olema hästi isoleeritud.
  
• Ei tohi vaadata resonantstorusse kui süüde on sisse lülitatud.
  
• Mootori käivitamisel ei tohi seista resonantstoru taga.
  

Reaktiivmootorite puudused

• Suur kütusekulu
  
• Lühike tööiga
  
• Suur mürasaaste (140 dB)
  
• Madal kasutegur
  

Reaktiivmootorite eelised

• Suurem kiirus võrreldes propellermootoritega
  
• Võimaldab lennata suurematel kõrgustel
  
• Parem lennukite manööverdusvõime
  

3. REAKTIIVMOOTORITE HUVITAVAID KASUTUSVÕIMALUSI

Jahutusaparaat

Simon Jansen ehitas kodustes tingimustes jahuti , mille tööpõhimõte on seotud reaktiivmootori omaga . Seade põhineb gaaside omadusel, et neil on palju suurem siseenergia kui vedelikel . Järelikult kulub vedelike aurustamiseks palju rohkem energiat. Kuid vedelikel on komme ka iseenesest aurustuda – kiiremad molekulid lahkuvad, aeglasemad jäävad – vedelikud seega jahtuvad . Temperatuur on otseselt võrdeline osakeste keskmise kineetilise energiaga, mis on jällegi võrdeline osakese kiiruste ruutkeskmisega. Nii on võimalik vajalikke aineid jahutada küll (kasutades vedelat petrooleumi), aga mida teha tekkiva petrooleumiauruga? Kõnealuse idee autorile jäi tavalisest ventilaatorist igatahes väheks. Nii ta otsustaski ülituleohtlikest petrooleumiaurudest vabaneda, põletades neid turboreaktiivmootoris.
Pilt 4: Reaktiivmootoriga jahuti autos
Pilt 3: Reaktiivmootoriga jahuti

Pulsatsioonreaktiivmootoriga kartauto

Reaktiivmootoriga kartauto ehitajaks oli Bruce Simpson. Ta kasutas tavalist pulsatsioonreaktiivmootorit, mille kütuseks oli vedel propaan. Kardi veojõud oli ühe mootoriga 222 N ja kahe mootoriga 444 N. Tulemuseks oli sõit kiirusega 91 km/h, mis on (arvestades kardi ehitust ja konstruktsioone) vägagi hea tulemus. Reaktiivmootoreid on kasutatud ka autodel, mootorratastel, jalgratastel, purilennukitel , rongidel ja laevadel.
Pilt 5: Reaktiivmootoriga kart kiirusel 45 m/h
Pilt 6: Kart
Pilt 7: Mootorratas
Pilt 8: Motoroller

KOKKUVÕTE

Reaktiivmootoreid on palju erinevaid liike. Neid kõiki ühendab suurepärane oskus rakendada termodünaamikat, molekulaarkineetikat ja muidugi Newtoni 3. seadust. Erinevused seisnevad kütuse olekus, transpordiviisis, oksüdeerija manustamisviisis ja selle edasises rakendamises. Kõik nad on aga ainulaadsed ja asendamatud objektid kiirendamisel, tsiviil- ja sõjavaldkonnas. Reaktiivmootorite põhiliseks kasutusalaks jääb kindlasti teadusvaldkond, kuid kindlasti leiavad reaktiivmootorid ja nende modifikatsioonid kasutust ka tavaelus.

KASUTATUD KIRJANDUS

• Ainsaar, S. (2003). Reaktiivmootoreist ja liikumisest üldse, (3.detsember 2010) http://web.zone.ee/siimuleht/kirjutised/reaktiivmootoritest.pdf
  
• Reaktiivmootorite ehitus: http://www.coptercam.ee/mudellend/8_valismudelid_7.ht m
  

http://www.coptercam.ee/mudellend/8_valismudelid_7.ht m

• Tiigisoon, K. (august 2008). Vilistav lugu. Tehnikamaailm (3.detsember 2010) http://www.tehnikamaailm.ee/est/tm/2008/08/?headerID=1372
  
• Loide, R.- K. (2004). Ülikiire lennuk. Horisont 3/2004 (3.detsember 2010) http://www.horisont.ee/arhiiv_2003_2006/artikkel265_256.html
  
• Joonised: 1) Joonis 1: http://www.coptercam.ee/mudellend/8_valismudelid_7.ht m
  

2) Joonis 2: http://www.coptercam.ee/mudellend/8_valismudelid_7.ht m

• Pilt 1: http://symonsez.wordpress.com/2010/04/13/the-explosion-that-brought-failure-success-and-fame/
  
• Pilt 2: http://sites.google.com/site/mnacllc/thecolumbusspaceshuttle
  
• Pilt 3: http://www.asciimation.co.nz/beer/
  
• Pilt 4: http://www.asciimation.co.nz/beer/
  
• Pilt 5: http://www.aardvark.co.nz/pjet/lhkart.shtml
  
• Pilt 6: http://materialist.netikuller.ee/2007/06/reaktiivmootoriga-kart-ebaycom-oksjonil/
  
• Pilt 7: http://www.motomaania.ee/2009/11/ebays-muuakse-reaktiivmootoriga-honda-magnat/
  
• Pilt 8: http://www.rolleriklubi.net/viewtopic.php?f=16&t=59496&sid=28e81c3f54bf5b6bdd74950e93057cfc