Принцип реактивного движения на примере модели ракеты

XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Принцип реактивного движения на примере модели ракеты

Кулакова Е.М. 1
1МБОУ"Гимназия №11 г. Ельца"
Австриевских Н.М. 1
1МБОУ"Гимназия №11 г. Ельца"
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Человек с давних времён мечтал покорять воздушное пространство: полететь в космос и исследовать межпланетные просторы. В основе осуществления этой задумки легла теоретически-исследованная и научно-обоснованная теория реактивного движения.

К созданию мощных современных ракет человек пришёл не сразу. Потребовалось много веков тяжёлого труда и исследований в самых различных областях знаний, пока не были накоплены необходимые сведения, позволяющие использовать ракету для освоения космоса.

Реактивное движение — это движение, которое появляется при отделении от тела некоторой его части с определённой скоростью, при этом без взаимодействия данного объекта с внешними телами возникает так называемая реактивная сила, толкающая тело.

В настоящее время реактивное движение встречается как в природе, так и активно используется в технике и повседневной жизни.

1. Теоретическая часть

Реактивное движение – движение тела, образующееся при отделении от него с какой-нибудь скоростью некоторой его части, в результате чего само тело приобретает противоположно направленный импульс, а также возникает реактивная сила.


Реактивная сила - тяга, возникающая в результате взаимодействия реактивной двигательной установки с истекающей из сопла струёй расширяющейся жидкости или газа, обладающих кинетической энергией. В основу возникновения реактивной тяги положен закон сохранения импульса.

Рис. 1

Основоположником теории реактивного движения является известный русский учёный Константин Эдуардович Циолковский. Он создал общие основы реактивного движения, разработал главные принципы и дал схемы реактивных летательных аппаратов, близкие к схеме современных реактивных самолётов. Константин Эдуардович показал возможность использования ракеты для межпланетных сообщений, а также дал первые идеи и расчёты межпланетных полётов.

Сегодня реактивное движение широко используется в различных отраслях производства. Самолёты, дождевальные установки, шланги, фейерверки, боевые ракеты и снаряды, космические ракеты – всё это появилось благодаря данному движению.

В природе реактивное движение встречается в основном у живых организмов, обитающих в водной среде, например медузы. Кроме того, именно так передвигаются многие моллюски – осьминоги, кальмары, каракатицы.

1.1. Принцип действия ракеты
Примером реактивного движения в технической сфере является движение ракеты. В данном движении тело получает ускорение без связи с другими объектами. Таким образом, движение ракеты происходит за счет изменения ее массы, которая уменьшается при истечении газов, возникающих при сгорании топлива. После того как поджигается запал, химические элементы внутри ракеты воспламеняются, происходит сильный выброс молекул, которые толкают ракету в небо. Взрыв рассчитан таким образом, чтобы он произошёл высоко над землёй. Химические реакции, происходящие в двигателе, способствуют сильному выбросу молекул, приводящих в движение летательный аппарат. (рис. 2)

Рис. 2

Однако величина реактивной силы зависит не только от выбрасываемой массы, но и от скорости, с которой масса выбрасывается. Это обстоятельство отражено в формуле, которая показывает зависимость реактивной силы от скорости истечения газов и выбрасываемой в секунду массы.

В зависимости от используемых топлив ракетные двигатели подразделяются на три основных типа:

Жидкостные (ЖРД), в которых компоненты топлива до поступления в камеру сгорания находятся в жидком состоянии;

На твёрдом топливе (РДТТ), в которых компоненты топлива до начала химической реакции находятся в твёрдом состоянии.

Гибридные (ГРД), в которых компоненты топлива находятся в разных агрегатных состояниях — жидком и твёрдом.

Устройство ракеты

головная часть (космический корабль, приборный отсек);

бак с окислителем и бак с топливом;

насосы, камера сгорания топлива;

сопло.

Рис. 3

2. Практическая часть

2.1. Разработка модели

Для того чтобы создать более точную модель ракеты, необходимо было замоделировать её в специальной программе. Макет ракеты приведен на рис. 4.

Рис. 4 – макет ракеты.

2.2. Описание составных частей

К составным частям модели относятся:

Корпус ракеты (к нему крепятся все остальные элементы, а внутрь устанавливается двигатель и система спасения);

Стабилизаторы (крепятся к нижней части корпуса и придают ей устойчивость в полёте);

Головной обтекатель (головная часть ракеты, придающая аэродинамическую форму);

Направляющие кольца (крепятся к корпусу, чтобы закрепить ракету на пусковой установке);

Двигатель

Детали для закрепления (муфта, внутренняя труба, упор двигателя, центрирующее кольцо);

Топливо;

Фитиль.

2.3. Необходимые подсчёты

В OpenRocket я подвела расчёты модели. Для каждого компонента ракеты были подобраны формы и размеры, которые удовлетворяют требованиям успешного полёта. (Рис. 5,6,7).

Рис. 5 – параметры ракеты.

Рис. 6 – черновой вид.

Рис. 7 – стабилизаторы.

Двигатель представляет собой пластиковую трубку с заглушкой и соплом. В качестве топлива я использовала сорбит – 35% и калиевую селитру – 65%. Такое топливо получило название «Карамельное».

2
.4. Чертёж модели

Рис. 8 – чертёж модели.

2.5. Ход работы


Фото 1 – подготовка материалов.

Фото 2 – сборка составных частей. Фото 3 – демонстрация модели.

Фото 4, 5 – демонстрация полёта.

2.6. Результаты запуска

Создав модель, я успешно провела запуск ракеты. В программе был составлен график и выведены приблизительные результаты полёта.

Результаты полёта представлены в таблице №1 и графике №1.

Скорость отрыва

Оптимальная задержка

Макс. скорость

Макс. ускорение

Время полёта

Скорость приземления

32,7 м/с

6,9 с

278 м/с

551 м/с

104 с

13,5 м/с

Таблица №1.

Г рафик №1.

Итог: состоялись очередные запуски ракеты “Squid 63”. Было произведено 8 пробных попыток запуска. Самые первые попытки были неудачными (не хватало мощности двигателя), также были случаи перемены погоды, из-за чего ракета меняла своё направление и устойчивость. Проанализировав ряд ошибок, возникших в процессе запусков, я устранила недочёты и произвела успешный запуск.

Проведение анкетирования

Чтобы основательно исследовать проблему, я провела анкетирование среди учащихся 10-11 классов. Всего опрошено 54 ученика.

Было задано 3 вопроса:

Знаете ли вы, на чём основывается принцип реактивного движения?

Встречали ли вы реактивное движение в повседневной жизни?

Хотели бы вы заниматься ракетомоделизмом?

Результаты опроса – в таблицах №2, №3 и №4, а также в диаграммах №1, №2 и №3.

Ответ

Вопрос №1

1. Знаете ли вы, на чём основывается принцип реактивного движения?

Да

35

Нет

9

Затрудняюсь ответить

10

Таблица №2

Диаграмма №1

Таблица №3

Ответ

Вопрос №2

2. Встречали ли вы реактивное движение в повседневной жизни?

Да

34

Нет

8

Затрудняюсь ответить

12

Диаграмма №2

Таблица №4

Ответ

Вопрос №3

3. Хотели бы вы заниматься ракетомоделизмом?

Да

31

Нет

13

Затрудняюсь ответить

10

Диаграмма №3

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Проектная работа посвящена реактивному движению и созданию модели, которая смогла бы продемонстрировать данное движение.

В ходе проделанной работы я изучила реактивное движение и построила действующую модель ракеты. Используя различные источники информации, я смогла найти сведения о реактивном движении, принципе его работы и пользе, которую оно приносит людям.

Можно смело утверждать, что за реактивным движением – будущее, потому что космос безграничен и всегда будет привлекать людей своими загадками и тайнами.

В будущем я хочу продолжить конструировать модели и создавать более сложные (многоступенчатые и с системой спасения).

Список использованных источников:

Физика / Г. Роуэлл, С. Герберт; Перевод с англ. И. Е. Каткова; Под ред. В. Г. Разумовского. - М. : Просвещение, 1994. - 576 с.

Элементарная физика с примерами решения задач / И. П. Гурский; под ред. И. В. Савельева. - 4-е изд., испр. - Москва : Наука, 1989. - 464 с.

М. Авилов Модели ракет. Проектирование и полёт. Москва: Издательство "ДОСААФ", 1968 год.

Просмотров работы: 39