제트 추진

Jet propulsion
보잉 787 드림라이너의 제트 엔진입니다.
페리의 펌프 제트기.

제트 추진은 반대 방향으로 유체의 제트를 분출함으로써 생성되는 한 방향으로의 물체의 추진력이다.뉴턴의 제3법칙에 의해 움직이는 물체는 제트와는 반대 방향으로 추진된다.제트 추진 원리로 작동하는 반응 엔진은 항공기 추진에 사용되는 제트 엔진, 해양 추진에 사용되는 펌프 제트, 우주선 추진에 사용되는 로켓 엔진과 플라즈마 스러스터 등이다.

물리

제트 추진은 뉴턴의 운동 법칙에 따라 빠르게 움직이는 유체의 제트에 의해 추력이 생성될 때 일부 반응 엔진이나 동물에 의해 생성됩니다.이는 레이놀즈 수치가 높을 때 가장 효과적입니다. 즉, 추진되는 물체는 상대적으로 크고 저점도 [1]매체를 통과합니다.

동물에서 가장 효율적인 제트는 적어도 [3]레이놀즈 수가 6보다 클 때 [2]연속적이 아니라 펄스를 일으킨다.

특정 임펄스

주요 기사:특정 임펄스

특정 임펄스(일반적으로sp I)는 로켓이 추진제를 사용하거나 제트엔진이 연료를 얼마나 효과적으로 사용하는지를 나타내는 척도입니다.정의상 소비된 추진제[4] 단위당 전달되는 총 임펄스(또는 운동량의 변화)이며 생성된 추력을 추진제 질량 유량 또는 중량 [5]유량으로 나눈 것과 치수가 같다.질량(kg, 파운드 질량 또는 슬러그)을 추진제 단위로 사용할 경우, 특정 임펄스는 속도 단위를 갖는다.대신 무게(뉴턴 또는 파운드포스)가 사용되는 경우 특정 임펄스에는 시간 단위(초)가 있습니다.유량에 표준 중력(g0)을 곱하면 특정 임펄스가 질량기준에서 [5]중량기준으로 변환된다.

보다 높은 비임펄스를 가진 추진시스템은 추진제의 질량을 전진추력을 만드는 데 더 효과적으로 사용하고, 로켓의 경우 치올코프스키 [4][6]로켓 방정식에 따라 주어진 델타-v에 필요한 추진제를 덜 사용한다.로켓에서 이것은 엔진이 고도, 거리, 속도를 얻는 데 더 효과적이라는 것을 의미합니다.이 효율성은 날개를 사용하고 연소를 위해 외부 공기를 사용하며 추진제보다 훨씬 무거운 페이로드를 운반하는 제트 엔진에서 덜 중요하다.

특정 임펄스에는 연소에 사용되고 사용후 추진제와 함께 배출되는 외부 공기에 의해 제공되는 임펄스에 대한 기여가 포함된다.제트 엔진은 외부 공기를 사용하기 때문에 로켓 엔진보다 훨씬 높은 비충격을 가지고 있다.소비되는 추진제 질량의 관점에서 특정한 임펄스는 "유효 배기 속도"라고 불리는 인공 속도인 시간당 거리 단위를 가집니다.연소 공기의 질량이 고려되지 않기 때문에 실제 배기 속도보다 높습니다.공기를 사용하지 않는 로켓 엔진에서는 실제와 유효 배기 속도가 동일하다.

특정 임펄스는 SFC의 경우 I = 1/(go·SFC), SFC의sp 경우 I = 3600/SFC의 경우 lb/(lbf·hr)의 관계에sp 의해 특정 연료 소비량(SFC)에 반비례한다.

추력

SI 단위에서의 특정 임펄스 추력의 정의에서는 다음과 같다.

여기서e V는 유효 배기 이고 mµ({는 추진제 유량입니다.

반응 엔진의 종류

주요 기사:반응 엔진

반응 엔진은 고체 또는 유체 반응 질량을 배출하여 추력을 생성합니다. 제트 추진력은 유체 반응 질량을 사용하는 엔진에만 적용됩니다.

제트 엔진

주요 기사: 제트 엔진

제트 엔진은 주변 공기를 작동 유체로 사용하고 이를 고온 고압 기체로 변환하는 반응 엔진으로, 하나 이상의 노즐을 통해 팽창합니다.터보제트와 터보팬이라는 두 가지 유형의 제트 엔진은 연소 전에 압력을 높이기 위해 축류 또는 원심 압축기를 사용하고 압축 구동에는 터빈을 사용합니다.램젯은 고속으로 발생하는 동적 압력(램 압축이라고 함)에 따라 압축기와 터빈을 생략하기 때문에 고속 비행 속도에서만 작동합니다.펄스 제트는 압축기와 터빈도 생략하지만 정적 추력을 발생시킬 수 있으며 최대 속도가 제한됩니다.

로켓 엔진

주요 기사:로켓 엔진

로켓은 공기 중의 산소를 사용하는 대신 자체 산화제를 운반하는 차량에 의존하거나, 핵 로켓의 경우 원자로를 통해 강제로 불활성 추진제(액체 수소 등)를 가열하기 때문에 우주의 진공상태에서 작동할 수 있다.

플라즈마 엔진

주요 기사 : 플라즈마 추진 엔진

플라즈마 추진기는 전자기적 수단으로 플라즈마를 가속한다.

펌프 제트

주요 기사:펌프 제트

해양 추진에 사용되는 펌프 제트는 물을 작동 유체로 사용하며, 덕트 프로펠러, 원심 펌프 또는 둘의 조합에 의해 가압됩니다.

제트 추진 동물

주요 기사:수중 이동 jet 제트 추진

오징어 같은 두족류는 포식자로부터 빠르게 탈출하기 위해 제트 추진력을 사용한다; 그들은 느린 수영을 위해 다른 메커니즘을 사용한다.제트는 사이펀을 통해 물을 배출함으로써 생성되며, 이 사이펀은 일반적으로 최대 호기 속도를 내기 위해 작은 개구부로 좁혀집니다.물은 숨을 내쉬기 전에 아가미를 통과하여 호흡과 [1]이동이라는 두 가지 목적을 달성합니다.바다토끼는 비슷한 방법을 사용하지만, 두족류의 정교한 신경학적 장치가 없다면 그들은 다소 더 [1]서투르게 항해를 한다.

일부 텔레오스트 물고기들은 또한 지느러미로 [7]: 201 움직이는 움직임을 보완하기 위해 아가미를 통해 물을 통과시키는 제트 추진력을 발달시켰다.

일부 잠자리 애벌레에서 제트 추진은 항문을 통해 전문화된 공동에서 물을 배출함으로써 달성됩니다.이 유기체의 크기가 작을 때, 엄청난 속도를 [8]낼 수 있다.

가리비와 심장,[9] 사이포노포어,[10][11][12] 튜네이트, 그리고 몇몇[13][14][15] 해파리들은 제트 추진력을 사용합니다.가장 효율적인 제트 추진 유기체는 [16]오징어보다 훨씬 적은 에너지를 사용하는 [11]살무사이다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c Packard, A. (1972). "Cephalopods and Fish: the Limits of Convergence". Biological Reviews. 47 (2): 241–307. doi:10.1111/j.1469-185X.1972.tb00975.x. S2CID 85088231.
  2. ^ Sutherland, K. R.; Madin, L. P. (2010). "Comparative jet wake structure and swimming performance of salps" (PDF). Journal of Experimental Biology. 213 (Pt 17): 2967–75. doi:10.1242/jeb.041962. PMID 20709925.
  3. ^ Dabiri, J. O.; Gharib, M. (2005). "The role of optimal vortex formation in biological fluid transport". Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 272 (1572): 1557–1560. doi:10.1098/rspb.2005.3109. PMC 1559837. PMID 16048770.
  4. ^ a b "What is specific impulse?". Qualitative Reasoning Group. Retrieved 22 December 2009.
  5. ^ a b Benson, Tom (11 July 2008). "Specific impulse". NASA. Archived from the original on 24 January 2010. Retrieved 22 December 2009.
  6. ^ Hutchinson, Lee (14 April 2013). "New F-1B rocket engine upgrades Apollo-era design with 1.8M lbs of thrust". Ars Technica. Retrieved 15 April 2013. The measure of a rocket's fuel effectiveness is called its specific impulse (abbreviated as 'ISP'—or more properly Isp).... 'Mass specific impulse...describes the thrust-producing effectiveness of a chemical reaction and it is most easily thought of as the amount of thrust force produced by each pound (mass) of fuel and oxidizer propellant burned in a unit of time. It is kind of like a measure of miles per gallon (mpg) for rockets.'
  7. ^ Wake, M.H. (1993). "The Skull as a Locomotor Organ". In Hanken, James (ed.). The Skull. University of Chicago Press. p. 460. ISBN 978-0-226-31573-7.
  8. ^ Mill, P. J.; Pickard, R. S. (1975). "Jet-propulsion in anisopteran dragonfly larvae". Journal of Comparative Physiology. 97 (4): 329–338. doi:10.1007/BF00631969. S2CID 45066664.
  9. ^ Chamberlain Jr, John A. (1987). "32. Locomotion of Nautilus". In Saunders, W. B.; Landman, N. H. (eds.). Nautilus: The Biology and Paleobiology of a Living Fossil. ISBN 9789048132980.
  10. ^ Bone, Q.; Trueman, E. R. (2009). "Jet propulsion of the calycophoran siphonophores Chelophyes and Abylopsis". Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom. 62 (2): 263–276. doi:10.1017/S0025315400057271.
  11. ^ a b Bone, Q.; Trueman, E. R. (2009). "Jet propulsion in salps (Tunicata: Thaliacea)". Journal of Zoology. 201 (4): 481–506. doi:10.1111/j.1469-7998.1983.tb05071.x.
  12. ^ Bone, Q.; Trueman, E. (1984). "Jet propulsion in Doliolum (Tunicata: Thaliacea)". Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 76 (2): 105–118. doi:10.1016/0022-0981(84)90059-5.
  13. ^ Demont, M. Edwin; Gosline, John M. (January 1, 1988). "Mechanics of Jet Propulsion in the Hydromedusan Jellyfish, Polyorchis Pexicillatus: I. Mechanical Properties of the Locomotor Structure". J. Exp. Biol. 134 (134): 313–332. doi:10.1242/jeb.134.1.313.
  14. ^ Demont, M. Edwin; Gosline, John M. (January 1, 1988). "Mechanics of Jet Propulsion in the Hydromedusan Jellyfish, Polyorchis Pexicillatus: II. Energetics of the Jet Cycle". J. Exp. Biol. 134 (134): 333–345. doi:10.1242/jeb.134.1.333.
  15. ^ Demont, M. Edwin; Gosline, John M. (January 1, 1988). "Mechanics of Jet Propulsion in the Hydromedusan Jellyfish, Polyorchis Pexicillatus: III. A Natural Resonating Bell; The Presence and Importance of a Resonant Phenomenon in the Locomotor Structure". J. Exp. Biol. 134 (134): 347–361. doi:10.1242/jeb.134.1.347.
  16. ^ Madin, L. P. (1990). "Aspects of jet propulsion in salps". Canadian Journal of Zoology. 68 (4): 765–777. doi:10.1139/z90-111.