Siła ciągu

Siła ciągu w porównaniu do mocy

Bardzo częstym pytaniem jest jak porównać liczbę ciągu silnika lotniczego z mocą mechaniczną silnika tłokowego (rodzaj silnika w samochodach i w wielu samolotach ze śmigłami). Trudno jest porównać te dwie wielkości. Dzieje się tak dlatego, że nie mierzą one dokładnie tego samego. Silnik tłokowy nie porusza samolotem. Obraca on jedynie śmigło, które porusza samolotem. Z tego powodu, silniki tłokowe są oceniane na podstawie tego, ile mocy dają śmigłu.

Jednak silnik odrzutowy nie ma śmigła - pcha samolot, przesuwając za sobą gorące powietrze. Użytecznym sposobem pomiaru mocy silnika odrzutowego jest określenie, ile mocy silnik odrzutowy daje samolotowi poprzez swoją siłę ciągu. Nazywa się to "mocą napędową silnika odrzutowego". Moc to ilość siły potrzebnej do przemieszczenia czegoś na pewną odległość, podzielona przez czas potrzebny na przebycie tej odległości:

P = F d t { {{displaystyle \mathbf {P} = {\mathbf {F} {\frac {d}{t}}} ,

Gdzie P to moc, F to siła, d to odległość, a t to czas. W przypadku rakiety lub silnika odrzutowego siła jest tożsama z ciągiem wytwarzanym przez silnik. Odległość podzielona przez czas jest również nazywana prędkością. Zatem moc jest równa ciągowi razy prędkość

P = T v {{displaystyle \mathbf {P} = {{mathbf {T} {v}} ,

Gdzie T to ciąg, a v to prędkość. Jest to moc dostarczana przez silnik przy określonej sile ciągu lub prędkości. Siła napędowa silnika odrzutowego rośnie wraz z jego prędkością.

Siła ciągu w stosunku do masy

Kiedy siła ciągu rakiety lub silnika jest porównywana do masy, nazywa się to stosunkiem siły ciągu do masy. Liczba, która powstaje w wyniku tego porównania nie ma żadnych jednostek, ponieważ jest to stosunek. Stosunek w tym przypadku oznacza, że siła ciągu silnika (w niutonach) jest podzielona przez wagę (w niutonach). Celem tego porównania jest pokazanie, jak dobrze radzi sobie silnik lub pojazd, na przykład jak duże ma przyspieszenie. Jest to liczba, która może być użyta do porównania różnych typów silników, takich jak silniki samolotowe, silniki odrzutowe, silniki rakietowe lub silniki samochodowe.

Ta liczba porównawcza może się zmieniać podczas pracy silnika. Dzieje się tak, ponieważ waga silnika zmniejsza się w miarę zużycia paliwa. Stosunek ciągu do masy jest używany do faktycznego porównania silników jest liczba znaleziona, gdy silnik jest po raz pierwszy uruchomiony.

Siła ciągu jest mierzona w "funtach siły ciągu" w USA i w niutonach w systemie metrycznym. 4,45 niutonów siły ciągu równa się 1 funt siły ciągu. Funt siły ciągu to tyle, ile potrzeba, aby utrzymać jednokilogramowy obiekt w bezruchu wbrew sile grawitacji na Ziemi.

Przykłady

Samolot wytwarza ciąg do przodu, gdy powietrze jest wypychane w kierunku przeciwnym do lotu. Siła ciągu jest wytwarzana przez obracające się łopaty śmigła. Siła ciągu może być również wytwarzana przez obracający się wentylator wypychający powietrze z tyłu silnika odrzutowego. Innym sposobem jest wyrzucanie gorących gazów z silnika rakietowego.

Odwrotny ciąg jest przeciwieństwem ciągu do przodu. W ten sposób powietrze jest wypychane w taki sam sposób jak ruch ciała. Odwrotny ciąg może być użyty do wspomagania hamowania po lądowaniu. Można to zrobić poprzez przekierowanie ciągu w silniku turbowentylatorowym lub odrzutowym, albo poprzez zmianę kąta łopat w samolocie napędzanym śmigłem.

Ptaki zwykle uzyskują siłę ciągu podczas lotu poprzez trzepotanie skrzydłami.

Łódź z silnikiem wytwarza ciąg lub ciąg wsteczny, gdy śruby napędowe są obracane w celu przepchnięcia wody do tyłu (lub do przodu). Siła ciągu, która powstaje w ten sposób, popycha łódź w kierunku przeciwnym do tego, w którym popychana jest woda.

Rakieta jest popychana do przodu przez siłę ciągu tak dużą, jak siła, z jaką spaliny wydostają się z dyszy rakiety. Siła, którą wytwarzają spaliny nazywana jest prędkością wylotową. Prędkość ta jest mierzona w stosunku do rakiety. Aby pionowy start rakiety zadziałał, siła startowa musi być większa niż masa rakiety.

Silnik	Siła nacisku (N)	Stosunek siły ciągu do masy
F-15C Orzeł	155,240	1.12
F-16 Fighting Falcon	76,300	1.095
J-58 (silnik odrzutowy SR-71 Blackbird)	150,000	5.2
Boeing 747-400 (silniki)	1,008,000	6.3
F-1 (silnik pierwszego stopnia rakiety Saturn V)	7,740,500	94.1
Stosunek ciągu i ciągu do masy dla kilku silników

Siły działające na przekrój poprzeczny profilu lotniczego