Реферат: Реактивное движение. Межконтинентальная баллистическая ракета

Реактивное движение.
Межконтинентальная баллистическая ракета.

Доклад пофизике
ученика 9 «б» класса
гимназии №587Никитина Дмитрия.
Содержание.Реактивноедвижение------------------------------------------------------------- стр.3

Межконтинентальная баллистическаяракета------------------------------- стр.4

Заключение-------------------------------------------------------------------------стр.6

Список использованной литературы-------------------------------------------стр.6 <span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">

Реактивноедвижение.

В течение многих вековчеловечество мечтало о космических по­лё­тах. Писатели-фантасты предлагалисамые разные средства для дости­же­ния этой цели. В XVIIвеке появилсярассказ французского писателя Сирано де Бержерака о полёте на Луну. Герой этогорас­сказа добрался до Луны в же­лезной повозке, над которой он всё времяподбрасывал сильный магнит. Притягиваясь к нему, повозка всё выше поднималасьнад Землёй, пока не достигла Луны. А ба­рон Мюнхгаузен рассказывал, чтозабрался на Луну по стеблю боба.

Но ни один учёный, ни одинписатель-фантаст за многие века не смог на­звать единственного находящегося враспоряжении чело­ве­ка средства, с помощью которого можно преодолеть силуземного при­тяжения и улететь в космос. Это смог осуществить русский учё­­­ный Константин ЭдуардовичЦиолковский(1857-1935). Он показал, что единственный аппарат, спо­соб­ныйпреодолеть силу тяжести — это ракета, т.е. аппарат с реактивным двига­телем, ис­поль­зующимгорючее и окислитель, находящиеся на самом аппа­рате.

Реактивный двигатель-это двигатель, преобразующий хими­че­с­кую энер­гию топлива в кинетическуюэнергию газовой струи, при этом дви­га­тель при­обретает скорость вобратном направлении. На каких же прин­ципах и физических законах основываетсяего действие?

<img src="/cache/referats/4837/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1070">
Каждый знает, чтовыстрел из ружья сопровождается отдачей. Если бы вес пули равнялся бы весуружья, они бы разлетелись с одинаковой скоростью. Отдача происходит потому, чтоотбрасываемая масса газов соз­даёт реактивную силу, благодаря которой можетбыть обеспечено дви­жение как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве. Ичем больше масса и скорость истекающих газов, тем большую силу отдачи ощущаетнаше плечо, чем сильнее реакция ружья, тем больше реактивная сила. Это легко объяснить из закона сохраненияимпульса, который гласит, что геометрическая(т.е. векторная) сумма импульсов тел,составляющих зам­кнутую систему, остаётся постоянной при любых движениях ивзаимодействиях тел системы, т.е.

 

К. Э. Циолковский вывелформулу, позволяющую рассчитать максимальную скорость, которую может развитьракета. Вот эта формула:

<img src="/cache/referats/4837/image004.gif" v:shapes="_x0000_s1072">

Здесь vmax– максимальная скорость ракеты, v0– начальнаяскорость, vr– скорость истечения газов из сопла, m–начальная масса топлива, а M– масса пустой ракеты. Каквидно из формулы, эта максимально достижимая скорость зависит в первую очередьот скорости истечения газов из сопла, которая в свою очередь зависит преждевсего от вида топлива и температуры газовой струи. Чем выше температура, тембольше скорость. Значит, для ракеты нужно подбирать самое калорийное топливо,дающее наибольшее количество теплоты. Из формулы следует также, что этаскорость зависит и от начальной и конечной массой ракеты, т.е. от того, какаячасть её веса при­ходится на горючее, и какая — на бесполезные (с точки зренияскорости полёта) конструкции: корпус, механизмы, и т.д.

Эта формула Циолковскогоявляется фундаментом, на котором зиждется весь расчёт современных ракет.Отношение массы топлива к массе ракеты в конце работы двигателя(т.е. посуществу к весу пустой ракеты) называется числомЦиолковского.

Основной вывод из этойформулы состоит в том, что в безвоздушномпространстве ракета разовьёт тем большую скорость, чем больше ско­ростьистечения газов и чем больше число Циолковского.

Баллистическая ракета<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">[1].

Как выглядит в общих чертахсовременная ракета сверхдальнего действия? Прежде всего, это многоступенчатаяракета. В головной части её размещается боевой заряд, позади него ‑приборы управления, баки и, на­конец, двигатель. В зависимости от топливастартовый вес ракеты пре­вышает вес полезного груза в 100-200 раз! Поэтомувесит она много де­сят­ков тонн, а в длину достигает высоты десятиэтажногодома.

аппаратура

окислитель

камера сгорания

горючее

сопло

<img src="/cache/referats/4837/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1026 _x0000_s1027 _x0000_s1028 _x0000_s1029 _x0000_s1030 _x0000_s1031 _x0000_s1032 _x0000_s1033 _x0000_s1034 _x0000_s1035 _x0000_s1036 _x0000_s1037 _x0000_s1038 _x0000_s1039 _x0000_s1040 _x0000_s1041 _x0000_s1042 _x0000_s1043 _x0000_s1044 _x0000_s1045 _x0000_s1046 _x0000_s1047 _x0000_s1048 _x0000_s1049 _x0000_s1050 _x0000_s1051 _x0000_s1052 _x0000_s1053 _x0000_s1054 _x0000_s1055 _x0000_s1056 _x0000_s1057 _x0000_s1058 _x0000_s1059 _x0000_s1060 _x0000_s1061 _x0000_s1062 _x0000_s1063 _x0000_s1064 _x0000_s1065 _x0000_s1066 _x0000_s1067 _x0000_s1068">

Рис.1 Схема внутреннего устройства ракеты.

Конструкция ракеты должнаотвечать ряду требований. Например, очень важно, чтобы сила тяги проходилачерез центр тяжести ракеты. Если не выполнить этого и ещё ряда других условий,то ракета может отклониться от заданного курса или даже начать вращательноедвижение. «Подправить» курс можно с помощью рулей. Пока ракета летит в плотномвоздухе, могут работать аэродинамические рули, а в разреженном воздухе — предложенные ещё Циолковским газовые рули, отклоняющие направление газовойструи. Впрочем, сейчас конструкторы начинают отказываться от применения газовыхрулей, заменяя их несколькими дополнительными соплами или поворачивая самоглавное сопло. Например, на американской ракете, построенной по проекту«Авангард», двигатель подвешен на шарнирах, и его можно отклонять на 5-7О. Действительно, в началеполёта, когда плотность воздуха ещё велика, мала скорость ракеты, поэ­то­мурули плохо управляют. А там, где ракета приобретает большую ско­рость, малаплотность воздуха. Газовые рули хрупки и ломки, потому что их приходитьсяделать из графита или керамики.

Каждая ступень ракетыработает в совершенно различных условиях, которые и определяют её устройство.Мощность каждой следующей ступени и время её действия меньше, поэтому иконструкция может быть проще.

В настоящее время двигателибаллистических ракет преи­му­щест­вен­но работают на жидком топливе. В качествегорючего обычно используют керосин, спирт, гидразин, анилин, а в качествеокислителей — азотную и хлорную кислоты, жидкий кислород и перекись водорода.Очень активными окислителями являются фтор и жидкий озон, но из-за крайнейвзрывоопасности они пока находят ограниченное применение.

Наиболее ответственнойчастью ракеты является двигатель, а в нём — камера сгорания и сопло. Здесьдолжны использоваться особо жаропроч­ные материалы и сложные методы охлаждения,так как температура сгорания топлива доходит до 2500-3500ОС. Обычные материалы таких температур не выдерживают.Достаточно сложны и остальные агрегаты. Например, насосы, которые подавалигорючее и окислитель к форсункам камеры сгорания, уже в ракете ФАУ-2 былиспособны перекачивать 125 кг топлива в секунду. В ряде случаев вместо баллоновприменяют баллоны со сжатым воздухом или каким-нибудь другим газом, которыйвытесняет го­рючее из баков и гонит его в камеру сгорания.

Запускается баллистическаяракета со специального стартового ус­т­рой­ства. Часто это ажурнаяметаллическая мачта или даже башня, около которой ракету собирают по частямподъёмными кранами. Площадки на башне размещаются против смотровых люков, черезкоторые проверяют и налаживают оборудование. Потом ракету заправляют топливом,и башня отъезжает.

Стартуя вертикально, ракета затем наклоняется иописывает почти строго эллиптическую траекторию. Значительная часть траекторииполёта таких ракет проходит на высоте больше 1000 км над Землёй, где сопро­тив­ле­ниевоздуха практически отсутствует, однако с приближением к цели атмосфераначинает резко тормозить движение ракеты, при этом оболочка сильно нагревается,и, если не принять меры, ракета может разрушиться, а её заряд — преждевременновзорваться.

Заключение.

От себя добавлю, что данное мной описание работы меж­кон­тинен­таль­нойбаллистической ракеты устарело и соответствует уровню развития науки и техники60-х годов, но, ввиду ограниченности доступа к современным научным материалам,я не имею возможности дать точное описание работы современной межконтинентальной баллисти­чес­кой ракетысверхдальнего радиуса действия. Однако мною были освещены общие свойства,присущие всем ракетам, поэтому я считаю свою задачу выполненной.

Список использованной литературы:

Дерябин В. М. Законы сохранения в физике. – М.: Просвещение,1982.

Гельфер Я. М. Законы сохранения. – М.: Наука, 1967.

Кузов К. Мир без форм. – М.: Мир, 1976.

Детская энциклопедия. –М.: Издательство АН СССР, 1959.

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">[1]

Соответствует уровню развитиянауки и техники 60-х годов (см. заключение).