Rakettimoottorin työntövoiman synty

Seuraa 
Viestejä9265
Liittynyt10.12.2006

Minä tiedän sen verran että voima synnyttää aina vastavoiman tai voima syntyy aina vastavoiman kanssa tai miten asian nyt haluaakin sanoa. Sen kautta rakettimoottori ja suihkumoottori ilmeisesti työntää härdelliä eteenpäin. Suihku lentää taakse, härdelli eteenpäin. Mutta rakettimoottorista.. onko ainoa syy sen polttoaineen palamiselle se, että se polttoaine saadaan sillä tavalla suihkuamaan tehokkaasti ulos härdellistä? Jos se polttoaine saataisiin jollain järjestelmällä lentämään sieltä peräpäästä ulos syttymättä yhtä nopeasti kuin normaalissa raketissa palaen, syntyisikö yhtä suuri työntövoima? Vai täytyykö sen nimenomaan palaa, tuoko se palaminen siihen jotain ekstraenergiaa/massaa mikä aiheuttaa lisää työntövoimaa? Jos näin on niin miksi? Miksi tulen suihkuttaminen tuottaa enemmän työntövoimaa kuin polttoaineen suihkuttaminen? Vai onko ainoa juju juuri siinä että se palaminen nimenomaan saa sen suihkuamaan sieltä ulos kovaa tai jotenkin sillee. Yritän vain hahmottaa mielessäni näitä asioita mahdollisimman perin pohjaisesti, se on minulle tärkeää muuten sekoan.

くそっ!

Sivut

Kommentit (40)

Vierailija

>onko ainoa syy sen polttoaineen palamiselle se, että se polttoaine saadaan sillä tavalla suihkuamaan tehokkaasti ulos härdellistä

---Eiköhän kyse ole siinä että palamisreaktiossa saadaan nopeasti aikaiseksi tilavuudeltaan isompi määrä palamiskaasuja, moninkertainen tilavuus itse polttoaineeseen nähden. Nämä palamiskaasut sitten purkautuvat suurella nopeudella ja tuottavat työntövoiman.
No, esimerkiksi, jos on desi vettä truutassa, ja sen truuttaa sieltä, ei sillä pitkälle päästä, tosin jos truutan pistää kuumaan ja vesi kiehuu, tulee kuutiometri vesihöyryä jolla truuttaa lentää jo metrien päähän.

Vierailija

Syntyyhän se työntövoima myös vesisuihkulla. Palomiehet ovat sen kokeneet kouriintuntuvasti pidellessään paloruiskua käsissään. On myös sellaisia leluraketteja, joihin laitetaan tilkka vettä ja pumpataan sopiva paine ja laukaistaan. Paine työntää veden nopeana suihkuna ulos ja raketti voi nousta kymmenien metrien korkeuteen. On myös moorroriveneitä, jotka kulkevat vesisuihkun voimalla. Työntövoima on suurempi kun suihku prkautuu ilmaan kuin jos se purkautuisi veteen. Tämän voi kokeilla vaikka pesuhuoneessa käsisuihkulla.

Heksu
Seuraa 
Viestejä5463
Liittynyt16.3.2005

Kyllä kai pelkkää polttoainettakin voitaisiin suihkuttaa ulos rakettimoottoria, mutta kuka jaksaisi pyörittää pumppua niin saakelin lujaa?

Rakettimoottorin polttokammiossa polttoaineen kemiallinen energia muuttuu kemiallisessa reaktiossa lämpöenergiaksi. Lämpöenergia saa palamistuotteet laajenemaan voimakkaasti, joten polttokammiossa vallitsee kova paine. Palamistuotteet johdetaan ulos polttokammiosta ns. suuttimenläpi. Rakettimoottorin suutin muuttaa paine-energian kaasun liike-energiaksi.

Koko rakettimoottorin juju on siis erinomattainkin suuttimessa, jonka avulla palamistuotteet voidaan kiihdyttää huimaan nopeuteen, ja samalla saadaan vastakkaissuuntainen työntövoima. Ilman suutinta rakettimoottori olisi vain pelkkä tuhnu.

Polttoainetta polttamalla pyöritetään mös rakettimoottorin toiminnan kannalta oleellisia turbopumppuja, mutta se on sikälis epäoleellinen sivujuonne, kun kaikissa rakettimoottoreissa ei välttämättä ole turbopumppuja.

Ronron
Seuraa 
Viestejä9265
Liittynyt10.12.2006

Niin eli kyse oli tosiaan vain siitä polttoaineen kiihdyttämisestä polttoprosessin ja muiden mutkien kautta.. oikeastaan se onkin monimutkaisempi prosessi kokonaisuudessaan mitä aluksi kuvittelisi.. polttoaineen kemiallinen energia muuntuu ensin lämpöenergiaksi ketjureaktiossa, sitä kautta itsensä paine-energiaksi jos sellaista on, sitten se muutetaan työntövoimaksi eli/ja/tai liike-energiaksi suuttimen avulla "voima synnyttää vastavoiman" -lain mukaan niin että nuo palamistuotteet lentävät ulos peräaukosta kovalla vauhdilla.. ehkä minä nyt ymmärrän. Pointtina ei siis ole sylkeä tulta vaan sylkeä jotain, ja sylkemiseen saatava voima saadaan kemiallisesta energiasta räjäyttämällä se. Samalla syljettävä aine sattuu palamaan ulos tullessaan..

くそっ!

Heksu
Seuraa 
Viestejä5463
Liittynyt16.3.2005
Ronron
voima saadaan kemiallisesta energiasta räjäyttämällä se.



Räjäyttämisestä ei sanan varsinaisessa merkityksessä kuitenkaan ole kyse, vaan ihan siististä ja hallitusta palamisesta.

Jägermeister
Seuraa 
Viestejä1013
Liittynyt23.4.2008
korant
Syntyyhän se työntövoima myös vesisuihkulla. Palomiehet ovat sen kokeneet kouriintuntuvasti pidellessään paloruiskua käsissään. On myös sellaisia leluraketteja, joihin laitetaan tilkka vettä ja pumpataan sopiva paine ja laukaistaan. Paine työntää veden nopeana suihkuna ulos ja raketti voi nousta kymmenien metrien korkeuteen. On myös moorroriveneitä, jotka kulkevat vesisuihkun voimalla. Työntövoima on suurempi kun suihku prkautuu ilmaan kuin jos se purkautuisi veteen. Tämän voi kokeilla vaikka pesuhuoneessa käsisuihkulla.



Käsisuihkuun kohdistuva työntövoima lienee riipuvainen vain purkautuvan suihkun massavirrasta, ei siitä suuntautuuko purkaus ilmaan, veteen tai kylpyhuoneen kaakeliin. Vai?

---

Heksu
Seuraa 
Viestejä5463
Liittynyt16.3.2005
Jägermeister
Käsisuihkuun kohdistuva työntövoima lienee riipuvainen vain purkautuvan suihkun massavirrasta, ei siitä suuntautuuko purkaus ilmaan, veteen tai kylpyhuoneen kaakeliin. Vai?



Eikö periaatteessa suihkun työntövoima ole ideaalitilanteessa osapuilleen sama kuin suihkun sisäpuolella vallitseva veden paine kerrottuna suihkun reikien kokonaispinta-alalla. Painehan on voima kerrottuna pinta-alalla. Tosiasiassa työntövoima on kuitenkin pienempi, koska vesi ei pääse purkautumaan kitkattomasti ja rei'issä kulkeva virtaus aiheuttaa pienen vastapaineen. Veden alla työntövoima on pienempi, koska vesi vastustaa virtausta entisestään.

Rakettimoottori eroaa suihkusta juurikin siintä syystä, että siinä käytetään de lavalin suutinta virtauksen kiihdyttämiseen, mikä ei toimi ihan samalla tavalla nesteiden kanssa.

MaKo71
Seuraa 
Viestejä1467
Liittynyt15.11.2006

Yksinkertaistetaan vähän:

Ronron
Niin eli kyse oli tosiaan vain siitä polttoaineen kiihdyttämisestä polttoprosessin ja muiden mutkien kautta..



Kyse on siitä, että tavallisessa raketissa energia on varastoitu kemiallisessa muodossa ja se vapautetaan (kemiallisessa) hapettumisprosessissa eli palamisessa. Palamisessa vapautunut energia muutetaan reaktiotuotteiden liike-energiaksi suutimella.

Muita tapoja varastoida energiaa on mm. paine (esim. vesiraketeissa) tai vaikkapa sähkö.

Ioni- ja plasmaraketeissa suihkun liike-energia saadaan sähköstä, jota saadaan vaikkapa aurinkopaneeleista tai (ehkä tulevaisuudessa) ydinvoimalasta. Palamisprosessi ei siis ole millään muotoa välttämätöntä raketille, mutta energia on.

---

EDIT: Heksu, jos oikein olen ymmärtänyt, niin kyllä de lavalin suutin eli laajeneva suutin (raketissa) kiihdyttää nopeutta, jos virtaus tapahtuu yliäänennopeudella - vastaavasti, supistuva suutin (esim. painepesurissa) kiihdyttää virtausnopeutta aliäänennopeuksilla. Eli pitäisi toimia myös nesteille, jos ne virtaavat yliäänennopeuksilla.

EDIT2: Jaa-a, Wikipediassa puhutaan kyllä vain kaasuista, joten voi olla, ettei toimi nesteillä:

http://en.wikipedia.org/wiki/De_Laval_nozzle

Joka tapauksessa, jos paine kurkussa on liian pieni, niin suutin ei toimi (tai toimii, mutta ei de lavalin suuttimena).

Heksu
Seuraa 
Viestejä5463
Liittynyt16.3.2005
MaKo71
EDIT: Heksu, jos oikein olen ymmärtänyt, niin kyllä de lavalin suutin eli laajeneva suutin (raketissa) kiihdyttää nopeutta, jos virtaus tapahtuu yliäänennopeudella - vastaavasti, supistuva suutin (esim. painepesurissa) kiihdyttää virtausnopeutta aliäänennopeuksilla. Eli pitäisi toimia myös nesteille, jos ne virtaavat yliäänennopeuksilla.



Käsittääkseni lavalin suutin ei toimi nesteillä, koska nesteet ovat käytännössä kokoonpuristumattomia. Kaasuhan nimenomaan paisuu suuttimen laajenevassa osassa, eli laajenee ja tekee työtä muuttaen paine-energiaa liike-energiaksi.

Nesteillä käsittääkseni riittää kun suutin vaan kapenee; nopeus tulee suoraan tilavuusvirrasta ja suuttimen poikkipinta-alasta kunhan käytetään riittävästi raakaa voimaa. Näin toimivat mm. vesileikkaus, jossa suuttimesta tulee vesisuihku moninkertaisella äänennopeudella ja leikkaa melkein mitä vain.

kuningas
Seuraa 
Viestejä1246
Liittynyt10.12.2007
Heksu
Ronron
voima saadaan kemiallisesta energiasta räjäyttämällä se.



Räjäyttämisestä ei sanan varsinaisessa merkityksessä kuitenkaan ole kyse, vaan ihan siististä ja hallitusta palamisesta.



Olin Ranskan Guyanassa katsomassa Ariannen laukaisua, kyllä ne insinöörit siellä käyttivät räjäytys-sanaa.

Oliko se nyt trotyylia jota kantoraketeissa pamahti ensimmäisessä vaiheessa kaksi miljoonaa kiloa.

War doesn't determine who's right but who's left.

There is no such thing as an atheist in a foxhole.

Vierailija

Työntövoimahan syntyy siitä, että raketissa kiihdytetään ainetta menosuunnan vastaiseen suuntaan. Newtonin II laki impulssimuodossa F=d(mv)/dt=dm/dt*v + m*dv/dt, jossa yleensä dm=0 ja dv/dt on merkittynä kiihtyvyydeksi a eli yleisessä muodossa laki on F=ma. m on raketin massa ja a sen kiihtyvyys.
Kun alkuhetkellä rakein kiihtyvyys a=dv/dt = 0 tai hyvin pieni, on F=dm/dt*v. Eli jos palokaasuja virtaa ulos 1000 kg/s (raketin massan muutos) nopeudella 500 m/s, niin moottorin työntövoima on 500000 kgm/s2=500kN (impulssin muutos). Työntövoima siis pystyy nostamaan 50 tonnin raketin (voittamaan maan vetovoiman) ja raketin vauhti kiihtyy sitten sen massan vähetessä.
Esitys on yksinkertaistettu. Tarkemmin asiasta on Pearson, University Physics siv. 270.

Heksu
Seuraa 
Viestejä5463
Liittynyt16.3.2005
kuningas
Oliko se nyt trotyylia jota kantoraketeissa pamahti ensimmäisessä vaiheessa kaksi miljoonaa kiloa.



Enpä ole hassumpaa kuullut Kuten muutkin kiinteää polttoainetta polttavat rakettimoottorit, Ariane-raketin apuraketit käyttävät polttoaineenaan alumiinia ja ammoniumperkloraattia (jotka on sekoitettu sideaineena toimivaan kumiin); seos ei todellakaan räjähdä vaan palaa ihan siististi ja hallitusti. Trotyyliraketista ei varmaan jäisi mitään jäljelle, kuuluisi vain jumalaton pamaus.

Kuten wikipedian Ariane-rakettia käsittelevästä artikkelistavoidaan todeta, raketissa on yhteensä n. 630 tonnia polttoainetta, mikä on aika kaukana miljoonasta.

Vierailija
Ronron
Niin eli kyse oli tosiaan vain siitä polttoaineen kiihdyttämisestä polttoprosessin ja muiden mutkien kautta.. oikeastaan se onkin monimutkaisempi prosessi kokonaisuudessaan mitä aluksi kuvittelisi.. polttoaineen kemiallinen energia muuntuu ensin lämpöenergiaksi ketjureaktiossa, sitä kautta itsensä paine-energiaksi jos sellaista on, sitten se muutetaan työntövoimaksi eli/ja/tai liike-energiaksi suuttimen avulla "voima synnyttää vastavoiman" -lain mukaan niin että nuo palamistuotteet lentävät ulos peräaukosta kovalla vauhdilla.. ehkä minä nyt ymmärrän. Pointtina ei siis ole sylkeä tulta vaan sylkeä jotain, ja sylkemiseen saatava voima saadaan kemiallisesta energiasta räjäyttämällä se. Samalla syljettävä aine sattuu palamaan ulos tullessaan..



Vaan miksi tuo suihku kiihdyttää? Nyt ei perstuntuma auta, kuten "sosiobiologiassa", eikä "WTC-lujuusopissakaan"...

Tarkastellaan selvyyden vuoksi avaruudessa liikkuvaa satelliittia, joka käyttää suihkua vai kiidyttämiseen ja hidastamiseen. Jos avaruusalus kiertää jotakin gravitaatiokeskusta, tämä on kokonaan eri voima (vaikka kappaleen kokonaisliike onkin niiden yhteisvaikutus) jonka vaikutus on yhteen- ja poislaskettavissa rakettivoiman vaikutuksesta.

Jatkavuuden lain mukaan ALUKSEN PAINOPISTE (polttoaineineen) jatkaa kullakin hetkellä liikettään tasaisella nopeudella, ellei kokonassysteemiin mikään voima vaikuta. Näin tapahtuu myös tässä tapauksessa silloin, kun palokaasusuihku lentää raketista. Polltoaineen määrä, joka lentää olus ja jolla raketti kevenee (yhtälö pelkästään raketin kiihtyvyyttä koskien on sitten monimutkaisempi kuin jos massa olsi vakio), mutta kun sen nopeus on todella suuri, "räjähtävä", sen antama kiihdytys toisee suuntaan, painopisteen koko ajan edetessä "tasaisesti", on huomattava.

Jägermeister
Seuraa 
Viestejä1013
Liittynyt23.4.2008
kuningas
Heksu
Ronron
voima saadaan kemiallisesta energiasta räjäyttämällä se.



Räjäyttämisestä ei sanan varsinaisessa merkityksessä kuitenkaan ole kyse, vaan ihan siististä ja hallitusta palamisesta.



Olin Ranskan Guyanassa katsomassa Ariannen laukaisua, kyllä ne insinöörit siellä käyttivät räjäytys-sanaa.

Oliko se nyt trotyylia jota kantoraketeissa pamahti ensimmäisessä vaiheessa kaksi miljoonaa kiloa.




Tekee 2 kt TeeäNTeetä, 10% Hiroshiman paukusta, joka oli 20 kilotonnia, muistaakseni.
Olitko kaukana?

---

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat