Η ώθηση

Ωστική ισχύς σε σύγκριση με την ισχύ

Μια πολύ συνηθισμένη ερώτηση είναι πώς μπορεί να συγκριθεί ο αριθμός ώσης ενός κινητήρα αεροπλάνου με τη μηχανική ισχύ ενός εμβολοφόρου κινητήρα (το είδος του κινητήρα στα αυτοκίνητα και σε πολλά αεροπλάνα με έλικες). Είναι δύσκολο να συγκριθούν αυτά τα δύο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι δεν μετρούν το ίδιο ακριβώς πράγμα. Ένας εμβολοφόρος κινητήρας δεν κινεί το αεροπλάνο. Απλώς περιστρέφει τον έλικα, ο οποίος κινεί το αεροπλάνο. Εξαιτίας αυτού, οι εμβολοφόροι κινητήρες βαθμολογούνται με βάση την ισχύ που δίνουν στον έλικα.

Ωστόσο, ένας κινητήρας τζετ δεν έχει έλικα - ωθεί το αεροσκάφος μετακινώντας ζεστό αέρα πίσω του. Ένας χρήσιμος τρόπος για να μετρηθεί η ισχύς ενός κινητήρα αεριωθούμενου κινητήρα είναι το πόση ισχύ δίνει ο κινητήρας αεριωθούμενου κινητήρα στο αεροσκάφος μέσω της δύναμης ώθησής του. Αυτό ονομάζεται "προωθητική ισχύς του κινητήρα τζετ". Η ισχύς είναι πόση δύναμη χρειάζεται για να μετακινηθεί κάτι σε μια απόσταση, διαιρούμενη με το χρόνο που χρειάζεται για να μετακινηθεί αυτή η απόσταση:

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

Όπου P είναι η ισχύς, F είναι η δύναμη, d είναι η απόσταση και t είναι ο χρόνος. Για έναν πυραυλοκινητήρα ή κινητήρα αεριωθούμενου κινητήρα, η δύναμη είναι η ίδια με την ώθηση που παράγεται από τον κινητήρα. Η απόσταση διαιρούμενη με το χρόνο ονομάζεται επίσης ταχύτητα. Έτσι, η ισχύς είναι η ίδια με την ώθηση επί την ταχύτητα.

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

Όπου Τ είναι η ώθηση και v είναι η ταχύτητα. Αυτή είναι η ισχύς που αποδίδεται από τον κινητήρα σε μια συγκεκριμένη ώθηση ή ταχύτητα. Η προωθητική ισχύς ενός κινητήρα τζετ αυξάνεται με την ταχύτητά του.

Ωστική ισχύς σε σύγκριση με το βάρος

Όταν η ώθηση ενός πυραύλου ή ενός κινητήρα συγκρίνεται με το βάρος, ονομάζεται λόγος ώθησης προς βάρος. Ο αριθμός που προκύπτει από αυτή τη σύγκριση δεν έχει μονάδες, επειδή πρόκειται για λόγο. Λόγος σε αυτή την περίπτωση σημαίνει ότι η ώθηση του κινητήρα (σε Newton) διαιρείται με το βάρος (σε Newton). Ο σκοπός αυτής της σύγκρισης είναι να δείξει πόσο καλά αποδίδει ο κινητήρας ή το όχημα, για παράδειγμα πόση επιτάχυνση. Είναι ένας αριθμός που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σύγκριση διαφόρων τύπων κινητήρων, όπως κινητήρες αεροπλάνων, κινητήρες αεριωθούμενων αεροσκαφών, κινητήρες πυραύλων ή κινητήρες αυτοκινήτων.

Αυτός ο αριθμός σύγκρισης μπορεί να αλλάξει ενώ ο κινητήρας λειτουργεί. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το βάρος του κινητήρα γίνεται ελαφρύτερο καθώς καταναλώνεται καύσιμο. Ο λόγος ώσης προς βάρος που χρησιμοποιείται για την πραγματική σύγκριση των κινητήρων είναι ο αριθμός που βρίσκεται όταν ο κινητήρας λειτουργεί για πρώτη φορά.

Η ώθηση μετριέται σε "λίβρες ώθησης" στις ΗΠΑ και σε Newton στο μετρικό σύστημα. 4,45 Newton ώθησης ισοδυναμούν με 1 λίβρα ώθησης. Μια λίβρα ώθησης είναι η ώθηση που χρειάζεται για να κρατηθεί ακίνητο ένα αντικείμενο βάρους ενός κιλού ενάντια στη δύναμη της βαρύτητας στη γη.

Παραδείγματα

Ένα αεροπλάνο αναπτύσσει ώθηση προς τα εμπρός όταν ο αέρας ωθείται προς την αντίθετη κατεύθυνση της πτήσης. Η ώθηση προκαλείται από τα περιστρεφόμενα πτερύγια μιας έλικας. Η ώθηση μπορεί επίσης να δημιουργηθεί από έναν περιστρεφόμενο ανεμιστήρα που ωθεί τον αέρα έξω από το πίσω μέρος ενός κινητήρα αεριωθούμενου κινητήρα. Ένας άλλος τρόπος είναι η εκτόξευση θερμών αερίων από έναν πυραυλοκινητήρα.

Η αντίστροφη ώθηση είναι το αντίθετο της πρόσθιας ώθησης. Με αυτόν τον τρόπο ο αέρας ωθείται με τον ίδιο τρόπο όπως και η κίνηση του σώματος. Η αντίστροφη ώθηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει στην πέδηση μετά την προσγείωση. Αυτό μπορεί να γίνει με την ανακατεύθυνση της ώσης σε έναν κινητήρα στροβιλοανεμιστήρα ή αεριωθούμενο κινητήρα ή με την αλλαγή της γωνίας των πτερυγίων ενός αεροσκάφους με έλικα.

Τα πουλιά συνήθως επιτυγχάνουν ώθηση κατά την πτήση χτυπώντας τα φτερά τους.

Ένα σκάφος με κινητήρα προκαλεί ώθηση ή αντίστροφη ώθηση όταν οι έλικες περιστρέφονται για να ωθήσουν το νερό προς τα πίσω (ή προς τα εμπρός). Η ώθηση που προκαλείται με αυτόν τον τρόπο ωθεί το σκάφος προς την αντίθετη κατεύθυνση από αυτή που ωθείται το νερό.

Ένας πύραυλος ωθείται προς τα εμπρός με μια δύναμη ώθησης τόσο μεγάλη όσο η δύναμη που ασκούν τα καυσαέρια κατά την έξοδό τους από το ακροφύσιο του πυραύλου. Η δύναμη που ασκούν τα καυσαέρια ονομάζεται ταχύτητα καυσαερίων. Η ταχύτητα μετράται σε σύγκριση με τον πύραυλο. Για να λειτουργήσει η κάθετη εκτόξευση ενός πυραύλου, η ώθηση εκκίνησης πρέπει να είναι μεγαλύτερη δύναμη από το βάρος του πυραύλου.

Κινητήρας	ώθηση (N)	Αναλογία ώσης προς βάρος
F-15C Eagle	155,240	1.12
F-16 Fighting Falcon	76,300	1.095
J-58 (κινητήρας SR-71 Blackbird)	150,000	5.2
Boeing 747-400 (Κινητήρες)	1,008,000	6.3
F-1 (κινητήρας πυραύλου 1ου σταδίου Saturn V)	7,740,500	94.1
Αναλογίες ώσης και ώσης προς βάρος για διάφορους κινητήρες

Δυνάμεις σε διατομή αεροτομής