Реактивные двигуни, і балістичні ракети.
Реактивным двигуном називають ракету, встановлену як двигуна на якесь засіб транспорту. Реактивные двигуни знайшли широке використання у авіації, у військовій і космічної техніці. У реактивних двигунах часто використовують не порох, а рідке паливо (нафту, гас). Це роботу двигуна економічнішої. Реактивная струмінь й у разі освічена раскалёнными газами, получающимися при згорянні палива. Проте згоряння пороху може й без неї, а згоряння нафти потрібне неабияке кількість повітря. У самолётных реактивних двигунах повітря береться з довколишнього атмосфери.
Отже, на відміну порохових ракет, літак з реактивним двигуном ні нести з собою весь обшир отбрасываемого газу. Сучасні реактивні літаки здатні розвивати величезні швидкості, вдвічі і більше перевищують швидкість звуку.
Останніми роками отримали велике розвиток балістичні ракети. Так називають ракети з запасом палива, що становить головну частину маси ракети, і з двигунами величезної потужності, які працюють лише на початку шляху ракети. За порівняно небагато часу роботи (кілька хвилин) двигуни встигають витратити весь запас палива й повідомити ракеті величезну швидкість (до 10 км/сек і від). Після цього ракета рухається вже близько дією лише сил тяжіння Землі (та інших небесних тіл). Ракети такої ж типу застосовують для запуску штучних супутників Землі та штучних планет.
Баллистические ракети несуть з собою як паливо, а й запас окислювача (в рідкому вигляді), необхідний стискування всього палива. Звичайні літаки і навіть літаки з воздушно-реактивными двигунами можуть літати лише доти земної атмосфери, реактивний ж двигун балістичної ракети (як і порохова ракета) може працювати й у безповітряному просторі.
Баллистическая ракета повинна повідомити можливо велику швидкість корисне навантаження, яка встановлюється на ракеті. Для ракет, службовців для запуску штучних супутників Землі, корисного навантаження – це космічний корабель; для військових ракет – це боєголовка. Розглянемо докладніше роботу реактивного двигуна, аби з'ясувати, чого залежить "кінцева швидкість" ракети – швидкість, яка після израсходования всього запасу палива.
Найдём передусім силу реакції выбрасываемой реактивної струменя – силу тяги реактивного двигуна. Швидкість реактивної струменя, тобто. швидкість виходу газів з корпусу ракети, позначимо через v. Безліч газу, що виходить з корпусу ракети за 1 сік, позначимо через m . щодо третього закону Ньютона сила, діюча із боку ракети на вільний газ, дорівнює протидіючої силі, доданої із боку выбрасываемого газу до ракеті, тобто. дорівнює шуканої силі тяги.
Скористаємося законом імпульсів: зміна кількості руху тіла одно імпульсу діючої сили. Применим цього закону до масі газу, викинутою із ракети за певний проміжок часу t. Оскільки прирощення швидкості выбрасываемого газу дорівнює швидкості реактивної струменя, то прирощення кількості руху викинутої маси одно tmn. Отже, імпульс сили, подействовавший протягом проміжку часу t з цього масу, також дорівнює tm.n Звідси укладаємо, що сила, що діяла із боку ракети на струмінь, дорівнювала mn. Отже, тієї ж величина дорівнює і сила реакції струменя – потяг реактивного двигуна.
Нині можна з'ясувати, як впливають ті чи інших характеристик ракети її кінцеву швидкість. Припустимо спочатку, що гравітація відсутня. Припустимо також, що режим роботи реактивного двигуна не змінюється: паливо витрачається рівномірно і сила тяги залишається постійної на все час двигуна. Оскільки маса ракети буде постійно зменшуватися внаслідок витрати пального й кисню, то прискорення ракети буде, відповідно до другого закону Ньютона, постійно збільшуватися (назад пропорційно що залишається масі). У балістичних ракети кінцева маса (маса після вигоряння всього палива) у сотні разів менше початковій ("стартовою") маси ракети. Отже, прискорення зростає принаймні витрати палива й у в сотні разів. Звідси випливає, що прирощення швидкості, одержуване ракетою при витраті однієї й тієї ж кількості палива, залежить від цього у якухвилину це палива витрачається: поки запас палива на борту ракети великий і безліч ракети велика, прирощення швидкості мало; коли палива залишилося обмаль і безліч ракети дуже зменшилася, прирощення швидкості велике.
Через це навіть значне збільшення запасу палива неспроможна сильно збільшити кінцеву швидкість ракети: адже додаткове кількість палива витрачатиметься тоді, коли маса ракети велика, а прискорення мало, отже, замало, й достигаемое додаткове припинення кінцевої швидкості.
Зате збільшення швидкості реактивної струменя дозволяє за незмінної запасі палива сильно збільшити кінцеву швидкість ракети. Тож якщо, не змінюючи секундний витрати, збільшити швидкість реактивної струменя, то тому самому відношенні збільшиться і прискорення ракети. Через війну кінцева швидкість ракети також зростає у тому самому відношенні.
Для збільшення швидкості реактивний струменя соплу реактивного двигуна надають спеціальну форму. З іншого боку, вибирають паливо, дає можливо велику температуру згоряння, оскільки швидкість реактивної струменя росте зі збільшенням температури газу, утворить струмінь. Межа підвищенню температури струменя ставить лише жароупорность існуючих металів.