推力

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推力是牛顿第三定律定量描述的反作用力。当一个系统在一个方向上排出或加速质量时,加速的质量将导致一个大小相等但方向相反的力施加到该系统上。 在垂直或垂直于表面的方向上施加在表面上的力也称为推力。力和推力是使用国际单位制(SI)以牛顿(符号:N)为单位测量的,表示以每秒1米/秒的速度加速1千克质量所需的量。在机械工程中,垂直于主要负载(例如平行斜齿轮)的力称为静态推力。 当空气被推向与飞行相反的方向时...
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简介

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推力牛顿第三定律定量描述的反作用力。当一个系统在一个方向上排出或加速质量时,加速的质量将导致一个大小相等但方向相反的力施加到该系统上。

在垂直或垂直于表面的方向上施加在表面上的力也称为推力。力和推力是使用国际单位制 (SI) 以牛顿(符号:N)为单位测量的,表示以每秒 1 米/秒的速度加速 1 千克质量所需的量。在机械工程中,垂直于主要负载(例如平行斜齿轮)的力称为静态推力。

例子

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当空气被推向与飞行相反的方向时,固定翼飞机推进系统会产生前向推力。这可以通过不同的方式来完成,例如螺旋桨的旋转叶片、喷气发动机的推进喷气机,或者通过从火箭发动机中喷射热气体。通过反转可变螺距螺旋桨叶片的螺距或使用喷气发动机上的推力反向器,可以产生反推力以帮助着陆后制动。

旋翼飞机使用旋翼和推力矢量 V/STOL 飞机使用螺旋桨或发动机推力来支撑飞机的重量并提供向前推进力。

摩托艇螺旋桨在旋转时会产生推力并迫使水倒流。

火箭被一个大小相等但方向相反的推力向前推进,该推力与从燃烧室通过火箭发动机喷嘴加速排出的废气的动量变化率随时间变化。这是相对于火箭的排气速度乘以质量排出的时间速率,或用数学术语表示:

T = v d m d t {\displaystyle \mathbf {T} =\mathbf {v} {\frac {\mathrm {d} m}{\mathrm {d} t}}}

其中 T 是产生的推力(力),d m d t {\displaystyle {\frac {\mathrm {d} m}{\mathrm {d} t}}} 是质量随时间的变化率 (排气的质量流量),v 是相对于火箭测得的排气速度。

对于火箭的垂直发射,升空时的初始推力必须大于重量。

三个航天飞机主发动机中的每一个都可以产生 1.8 兆牛顿的推力,航天飞机的两个固体火箭助推器中的每一个都可以产生 14.7 MN(3,300,000 磅力),合计 29.4 MN。

相比之下,简化的 EVA 救援援助 (SAFER) 有 24 个推进器,每个推进器 3.56 N(0.80 lbf)。

在吸气式类别中,为无线电遥控飞机开发的 AMT-USA AT-180 喷气发动机可产生 90 牛顿(20 磅力)的推力。安装在波音 777-300ER 上的 GE90-115B 发动机被吉尼斯世界纪录认定为世界上xxx大的商用喷气发动机,其推力为 569 kN(127,900 lbf),直到被 GE9X 超越 ,安装在即将推出的波音 777X 上,载荷为 609 kN(134,300 lbf)。

概念

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推动力

产生推力所需的功率和推力可以非线性方式相关。 一般来说,P 2 ∝ T 3 {\displaystyle \mathbf {P} {2}\propto \mathbf {T} {3}} 。 比例常数会变化,并且可以求解均匀流,其中 v ∞ {\displaystyle v_{\infty }} 是进入的空气速度,v d {\displaystyle v_{d}} 是执行器处的速度 disc,v f {\displaystyle v_{f}} 是最终出口速度。

求解圆盘上的速度 v d {\displaystyle v_{d}} ,然后我们有:

v d = 1 2 ( v f − v ∞ ) {\displaystyle v_{d}={\frac {1}{2}}(v_{f}-v_{\infty })}

当进入的空气从静止加速时——例如悬停时——然后 v ∞ = 0 {\displaystyle v_{\infty }=0} ,我们可以发现

推力

T = 1 2 ρ A v f 2 , P = 1 4 ρ A v f 3 {\displaystyle \mathbf {T} ={\frac {1}{2}}\rho A{v_{f}}{ 2},\mathbf {P} ={\frac {1}{4}}\rho A{v_{f}}{3}}

从这里我们可以看到 P 2 ∝ T 3 {\displaystyle \mathbf {P} {2}\propto \mathbf {T} {3}} 关系,发现:

P 2 = T 3 2 ρ A {\displaystyle \mathbf {P} {2}={\frac {\mathbf {T} {3}}{2\rho A}}}

比例常数的倒数,即完美推进器的效率,与推进流体横截面面积 ( A {\displaystyle A} ) 和流体密度 ( ρ { displaystyle \rho })。 这有助于解释为什么在水中移动更容易,以及为什么飞机的螺旋桨比船只大得多。

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  1. 简介
  2. 例子
  3. 概念
  4. 推动力

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