СОЗДАНИЕ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

СОЗДАНИЕ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

НА ОСНОВЕ ГАЗИРОВАННОГО НАПИТКА

Проект подготовил:

Дворцов Никита Викторович,

учащийся 8Г класса,

ГБОУ СОШ № 5 «ОЦ «Лидер»

 

 

Руководитель:

Алексеева Тамара Николаевна,

учитель физики ГБОУ СОШ № 5 «ОЦ «Лидер»

Кинель – 2018

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение. 3

Раздел 1. Теоретические основы проекта. 4

1.1 Химические ракетные двигатели (ХРД) 4

1.2 Устройство и принцип работы химических ракетных двигателей. 4

1.3 Реактивное движение. 6

1.4 Аэродинамический аспект. 6

1.5 Химическое обоснование эксперимента. 7

Раздел 2. Практическая часть проекта.. 8

2.1 Факторы создания опытного образца. 8

2.2 Этапы создания жидкостного химического ракетного двигателя. 8

2.3 Измерение, анализ полета. 10

2.4 Выводы о проделанной работе. 10

Список литературы...………………………………………………………………………………...........12

ПРИЛОЖЕНИЕ 1……………………………………………………………………......13

Введение

Тема данной работы объясняется, во-первых, интересом к конструированию самодельных ракет из подручных материалов. Например, при добавлении в бутылку с газировкой уксуса и соды происходит вспенивание жидкости, газы выходят наружу и бутылка отталкивается от опоры.

Во-вторых, современные космические полеты стоят колоссальных затрат: как денежных, так и энергетических. Полеты в космос становятся все сложнее. А главное - многие из них наносят ущерб окружающей среде, т.к. основная масса ракетных двигателей – твердотопливные.

А почему мы не используем жидкостные ракетные двигатели?

Цель моего проекта – создать опытный образец жидкостного химического ракетного двигателя на основе использования газированной воды.

Задачи проекта:

· Изучить историю создания жидкостных ракетных двигателей. Узнать, в чем их отличие от твердотопливных.

· Изучить достоинства и недостатки данных двигателей.

· Создать опытный образец собственного ракетного двигателя.

· Провести эксперимент.

· Сделать выводы о проделанной работе.

 

 

Раздел 1. Теоретические основы проекта

Химические ракетные двигатели (ХРД)

Этот тип двигателей на сегодняшний день является единственным, который массово используется для выведения в открытый космос космических аппаратов, кроме того, он нашел применение и в военной промышленности. Химические двигатели делятся на твердо- и жидко-топливные в зависимости от агрегатного состояния топлива (рисунок 1) [6].

Рисунок 1. Виды химических двигателей

Реактивное движение

Практический пример реактивного движения представляет собой движение ракеты, а её простейшая модель – обыкновенный воздушный шарик, который надули и, не завязывая, отпустили. Струя сжатого воздуха с довольно большой скоростью вырывается из шарика и он летит в сторону, противоположную направлению струи воздуха. Движение шарика объясняется законом сохранения импульса: суммарный импульс системы, состоящей из двух тел — шарика и воздуха в нём, должен остаться таким же, каким был до начала истечения воздуха, т. е. равным нулю. Поэтому выходящий из шарика воздух и шарик должны двигаться в противоположных направлениях. Ракета сходна с ним в этом отношении. Подобно воздуху, выходящему из шарика, из сопла ракеты с огромной скоростью вылетают назад продукты сгорания топлива (раскаленный газ). При этом согласно закону сохранения импульса ракете сообщается импульс, направленный вперед (рисунок 2) [2].

Рисунок 2. Наглядное представление закона сохранения импульса

Согласно закону сохранения импульса суммарный импульс ракеты и газа в этой системе отсчета остался равным нулю.

m_р – масса ракеты (оставшаяся после выброса порции газа), кг;

V_р – скорость, которую приобрела ракета в выбранной системе отсчета (в которой ее начальная скорость равна нулю), м/с [1].

 1.4 Аэродинамический аспект

Лобовое сопротивление — сила, препятствующая движению тел в жидкостях и газах. На основе созданной Ньютоном ударной теории сопротивления тел (сила удара пропорциональна квадрату скорости движения тела в неподвижном воздухе или квадрату скорости движения воздуха относительно неподвижного тела) пришли к формулам для определения силы удара или, как ее стали называть, силы сопротивления, которая всегда направлена против вектора скорости тела в среде.

Леонард Эйлер утверждал, что «воздух есть материя, непрерывно распределенная в пространстве». Отсюда важный вывод: сопротивление, которое испытывает тело при своем движении в воздухе, не есть следствие удара воздуха о переднюю часть тела; сопротивление есть результат той разности давлений, которая возникает перед телом и за ним при обтекании его потоком воздуха [4]. Поэтому предполагаем, что аэродинамическая сила сопротивления мала, поэтому ею можно пренебречь.

Измерения, анализ полёта

Производим для трех опытов замеры времени (по секундомеру) и высоты полёта ракеты (по высоте столба), рассчитываем скорость и высоту подъема, сравниваем  и делаем выводы о сходстве теоретических значений и практических результатов.

Для расчёта максимальной возможной высоты подъема ракеты, я воспользовался формулой, полученной из закона сохранения энергии, т.к. мы предположили, что сила сопротивления мала.

m∙ g ∙hmax	=	m υ0 2
		2

 

hmax	=	υ0 2
		2g

υ₀ – скорость тела, м/c;

g – ускорение свободного падения, м/c²

h_max – максимальная высота, на которую поднимается тело при полёте, м.

Начальную скорость ракеты выведем из формулы скорости равнозамедленного движения при  условии, что в наивысшей точке подъема скорость ракеты равна нулю:

υ₀ = gt

Выводы о проделанной работе

Итак, проделанная работа позволяет сделать следующие выводы:

1. Мне удалось создать топливо для жидкостного ракетного двигателя;

2. Мне удалось создать опытный образец химического ракетного двигателя на основе использования газированного напитка;

3. Я экспериментально доказал возможность запуска самодельной ракеты и его работоспособность.

4. Полученные реальные результаты высоты подъема и начальной скорости не совпадают с расчетными, т.к. с большой долей вероятности предположение о небольшой величине силы сопротивления было не совсем верным. Поэтому следующим этапом моей работы будет изучение влияния силы сопротивления на параметры полета.

Вместе с тем, поставленные мною задачи выполнены, а цель данного проекта полностью достигнута.

 

 

Список литературы

1. Реактивное движение. Освоение космоса // Физика. Конспекты учебников URL.: http://phscs.ru/physics10/jet-propulsion

2. Реактивное движение. Ракеты // Онлайн учебники URL.: http://tepka.ru/fizika_9/21.html

3. Кока-кола: её химический состав, свойства и вред здоровью // Как правильно питаться URL.: http://www.kak-pravilno-pitatsya.ru/?page=vrednye_produkty&link=Coca_Cola

4. Прикладная аэродинамика (под ред. Краснова) М: Из-во Высшая школа, 1974.

5. Самодельное тепло // Популярная механика URL.: https://www.popmech.ru/diy/348342-samodelnoe-teplo-himicheskaya-grelka-s...

6. http://www.cosmos.ru

7. Энциклопедия для детей Аванта +. Космонавтика. – Москва. Мир энциклопедий Аванта+: Астрель. – Москва, 2006

 

 

 

Приложение 1

СОЗДАНИЕ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

123Следующая ⇒

Поделиться: