Suihku- ja rakettimoottoreista

[Kontra]

Kun kommenttini suihkumoottoreista Ilmailuketjussa on jäänyt lukuisten kommenttien taakse piiloon, avasin oman ketjun niille ja rakettimoottoreille. Raketeista oli keskustelua lehden Tiede keskusteluissa, mutta täällä uusille keskustelijoille ei niistä ole ollut juttua lainkaan.

Keskusteluissa noista moottoreista joku on ihmetellyt, mistä se suihku saa sen vasteen, mistä ponnistaa. Suihku ei tarvitse mitään ponnistusvastetta, sillä reaktiovoima työntää moottoria eteenpäin, ja päinvastoin moottori toimii tehokkaammin, jos mitään vastetta ei suihkulle takana ole.
Moottoritehoista keskusteluissa on joillekin ollut mahdotonta käsittää, että vaikka moottorit huutavat täysillä juuri startin alkaessa, niiden työntöteho on nolla, ja ne tekevät työtä koneelle vasta koneen liikkuessa, joten työntötehoa syntyy vasta nopeuden kasvaessa.

Liitteenä koostamastani liikennekoneiden turbiinimoottoreista "karvalakkiversio" (kun on kopsittua tarinaakin), josta puuttuu tekstiin sijoitetut kuvat, jotka on korvattu dokumenttien osoitteilla (kuvat niissä), osa kuvista on kyllä tekstin lopussa.
https://www.dropbox.com/s/akb1pyvz6ay3w ... a.pdf?dl=0

Tuon tänne vielä koosteen: Superjumbot ja Hornetit, kun saan sen ladatuksi dropboxiin.

[.Satunnainen seuraaja]

Moottoritehoista keskusteluissa on joillekin ollut mahdotonta käsittää, että vaikka moottorit huutavat täysillä juuri startin alkaessa, niiden työntöteho on nolla, ja ne tekevät työtä koneelle vasta koneen liikkuessa, joten työntötehoa syntyy vasta nopeuden kasvaessa.

Kuinkas ne sitten pääsevät liikkeelle?

[Kontra]

Moottoritehoista keskusteluissa on joillekin ollut mahdotonta käsittää, että vaikka moottorit huutavat täysillä juuri startin alkaessa, niiden työntöteho on nolla, ja ne tekevät työtä koneelle vasta koneen liikkuessa, joten työntötehoa syntyy vasta nopeuden kasvaessa.

Kuinkas ne sitten pääsevät liikkeelle?

Työntövoima on startissa maksimissa - kyllä lähtee, mutta mootoriteho kuluu kaikki suihkun liike-energian tuottamiseen, joka menee harakoille - lentokone ei siitä startin alussa pääse juurikaan jaolle. Kas kun teho = voima x nopeus P = F x v.
Kun lentokone ei liiku v = 0 , jolloin P = 0 , ja kun kone liikkuu startin alussa hitaasti P ≈ 0.
.....
Annoin ketjulle puutteellisen otsikon, kun rakettimoottorikin on suihkumoottori, eli oikeampi otsikko kuuluisi: Suihkumoottoreista (suihkuturbiini- ja rakettimoottorit)

[Kontra]

Kun moottori sylkee suihkua taaksepäin, se aiheuttaa reaktiovoiman, joka työntää moottoria eteenpäin, mutta kun se moottori on kiinni lentokoneessa, ei pääsi liikkumaan ennen kuin lentokone liikkuu.
Noin se Newton teki arkijärjelle visaisen ongelman, ja myhäilee tyytyväisyyttään, kun taas yksi utelias meni retkuun.

[Kontra]

Carl Gustaf Patrik de Laval (9. toukokuuta 1845 – 2. helmikuuta 1913) oli ruotsalainen insinööri ja keksijä, joka teki tärkeitä parannuksia höyryturbiiniin ja meijerikoneisiin. Hän oli Ruotsin tuotteliaimpia keksijöitä 1800-luvulla.

Ilman de Lavalin keksintöä, Laval-suutinta, rakettien ja suihkumoottoreiden suihkusuuttimena avaruusraketit eivät lentäisi, eivätkä suihkuhävittäjät sotakoneina tekisi tuhojaan ja jahtaisi toisiaan. En ole löytänyt mistään maalaisjärjelle istuvaa yksinkertaista selitystä Laval-suuttimen fysiikan ideasta, (teoreettisia selityksiä kyllä löytyy), mutta olen käsittänyt sen niin, että se estää suihkun hajoamista (laajenemista).
Nimittäin ilman Laval-suutinta kuuman suihkun nopeus rajoittuu äänen nopeuteen, joka esim. 700 ºC asteisena on 611 m/s, 2200 km/h. [Wiki : Äänen nopeus c = √ (κ ∙ p / ρ) = √ (κ ∙ R ∙ T) ; κ adiabaattinen vakio, p paine, ρ tiheys, R kaasuvakio, T lämpötila].
Raketin Laval-suuttimella suihkun nopeus voi olla luokkaa 4000 m/s.

[Kontra]

Suihkumoottoreiden otsikon alle kuuluvat myös patoputkimoottorit Ramjet (v.1913), Scramjet (supersonic combustion ramjet) ja PDE-sysäysmoottori (pulse detonation wave engine).

[Kontra]

Vaikka lentokoneen moottorien työntövoima ei tuota liike-energiaa koneelle ennen kuin kone kiihdyttää ja saa riittävästi nopeutta nousuun ja lentoon, työntövoiman tuottamiseen tarvitaan moottoritehoa. Tarvitaan lämpöenergiaa kuumentamaan moottorin läpi virtaavaa ilmaa, joka kuumetessaan laajenee kiihdyttäen sen nopeutta. Kiihtyvyys merkitsee voimaa taaksepäin, jonka reaktiovoima työntää moottoria eteenpäin. Suihkusuuttimen suulla virtauksen nopeus on seuraus sen kiihdytyksestä ja siten voimasta. Eli mitä nopeammin suihku saadaan pakenemaan suuttimesta, sitä suurempi voima syntyy eteenpäin. Suihku ei vaikuta enää mitenkään moottoriin, ja onkin vähän harhaanjohtava nimitys suihkumoottori, kun kiihdytys moottorin sisällä synnyttää sen voiman.
Kun fyysikot sanovat, että voima synnyttää kiihtyvyyden, eikä päinvastoin, nyt on fysiikkaa ymmärtävällä tilaisuus selittää, kuinka se asian laita oikein on suihkumoottorin tapauksessa? Olen valmis korjaamaan selitykseni, jos joku sen pystyy kumoamaan.

[Jalo Arkkivalo]

...Suihku ei vaikuta enää mitenkään moottoriin, ja onkin vähän harhaanjohtava nimitys suihkumoottori, kun kiihdytys moottorin sisällä synnyttää sen voiman.
...

Mitä tarkoitat sillä että suihku ei vaikuta enää mitenkään moottoriin?

[Kontra]

jatkoa edelliseen
Ettei fyysikko riemastu, sanotaan sitten näin.
Polttoaineen palamisesta seuraa ilman kuumeneminen, joka ahtaassa tilassa tuottaa paineen, joka purkautuessaan tuottaa voiman, joka kiihdyttää ilman nopeutta. Työntövoima on sen voiman reaktiovoima.

[Kontra]

...Suihku ei vaikuta enää mitenkään moottoriin, ja onkin vähän harhaanjohtava nimitys suihkumoottori, kun kiihdytys moottorin sisällä synnyttää sen voiman.
...

Mitä tarkoitat sillä että suihku ei vaikuta enää mitenkään moottoriin?

No kun se työntövoima syntyy jo moottorin sisällä, ja suihku on vain tarpeeton seuraus.

[Kontra]

Niin ja se suihku vastustaa sitä ilman "vapaata" kiihtymistä ja voiman kehittymistä moottorissa.
No niin, vaikuttaahan se suihku haitallisesti, jarruttavasti - kuten aikaisemmin selitin, äänen nopeus suihkussa estää sen suihkun vapaata poistumista, ja siksi tarvitaan se Laval-suutin, että saadaan se kiusallinen suihku tieltä pois jarruttamasta menoa, kun halutaan mennä kunnon haipakkaa.

[Jalo Arkkivalo]

...Suihku ei vaikuta enää mitenkään moottoriin, ja onkin vähän harhaanjohtava nimitys suihkumoottori, kun kiihdytys moottorin sisällä synnyttää sen voiman.
...

Mitä tarkoitat sillä että suihku ei vaikuta enää mitenkään moottoriin?

No kun se työntövoima syntyy jo moottorin sisällä, ja suihku on vain tarpeeton seuraus.

Kai ymmärrät että kaasumaisessa väliaineeseen on kuitenkin pakko tuottaa molekyylien välisiä nopeuseroja, jotta eteneminen olisi mahdollista? Joten nopea suihku on pakollinen suihkumoottorin toiminnan kannalta. Ei mikään sivutuote.
Tyhjiössä suihkumootori ei toimi.
Rakettimootori toimii tyhjiössä mutta työntöaine kannetaan mukana. Yhtä kaikki, nopea virtaus (suihku) on molemmissa pakollinen. Pelkkä kerosiinin poltellu peltipurkissa ei aiheuta työntövoimaa.

Auton pakokaasu on sivutuote joka sylkäistään putkesta pihalle tarpeettomana. Suihkumoottorin virtauskaasu ei ole.
Suihkumootori on ihan hyvä nimi kyseiselle laitteelle.

Jos väität että suihkumoottorin suihku ei vaikuta menoon, niin laitapa suihkumoottorin taakse ohjausputki, joka ohjaa suihkun vaikka 45 astetta sivuun. Huomaat että työntövoima ei enää suuntaudu turbiinin akselin suuntaisesti, vaan putkiohjaimen puhallussuunnan mukaisesti. Paine-ero ehkä synnytetään moottorin sisällä, mutta työntövoima todellakin syntyy vasta kun kaasu saatetaan liikkeelle. Eli kaasusuihku tarvitaan.

Mitä yrität oikeastaan todistaa?

[Kontra]

Laitan edellisen esityksen tiivisteltynä.

Vaikka lentokoneen moottorien työntövoima ei tuota liike-energiaa koneelle ennen kuin kone kiihdyttää ja saa riittävästi nopeutta nousuun ja lentoon, työntövoiman tuottamiseen tarvitaan moottoritehoa. Tarvitaan lämpöenergiaa kuumentamaan moottorin läpi virtaavaa ilmaa, joka kuumetessaan laajenee ja polttokammiossa ahtaassa tilassa synnyttää painevoiman, joka purkautuessaan kiihdyttää ilman nopeutta. Kiihtyvyys merkitsee voimaa taaksepäin, jonka reaktiovoima työntää moottoria eteenpäin. Suihkusuuttimen suulla virtauksen nopeus on seuraus sen kiihdytyksestä ja siten voimasta. Eli mitä nopeammin suihku saadaan pakenemaan suuttimesta, sitä suurempi voima syntyy taaksepäin ja reaktiovoima eteenpäin. Suihku ei vaikuta enää mitenkään moottoriin, ja onkin vähän harhaanjohtava nimitys suihkumoottori, kun työntövoima syntyy jo moottorin sisällä. Jos suihku ei riittävän nopeasti pakene suuttimesta, se vastustaa ilman "vapaata" kiihtymistä ja työntövoiman kasvua moottorissa. Kuten aikaisemmin selitin, äänen nopeus suihkussa estää suihkun vapaata poistumista, ja siksi tarvitaan se Laval-suutin, että saadaan suihkun jarrutusvaikutus eliminoiduksi, kun halutaan mennä kunnon haipakkaa.
Siis kun sanotaan, että lentokoneen moottoriteho on pieni koneen startatessa, ei siis tarkoita sitä, että itse moottorien teho olisi pieni, vaan sitä, ettei lentokone pysty hyödyntämään sitä tehoa kuin vain vähän. Newtonin fysiikka nyt vaan toimii niin, että kappaleen liiketeho riippuu siihen kohdistuvasta voimasta ja sen nopeudesta.

[Kontra]

...Suihku ei vaikuta enää mitenkään moottoriin, ja onkin vähän harhaanjohtava nimitys suihkumoottori, kun kiihdytys moottorin sisällä synnyttää sen voiman.
...

Mitä tarkoitat sillä että suihku ei vaikuta enää mitenkään moottoriin?

No kun se työntövoima syntyy jo moottorin sisällä, ja suihku on vain tarpeeton seuraus.

Kai ymmärrät että kaasumaisessa väliaineeseen on kuitenkin pakko tuottaa molekyylien välisiä nopeuseroja, jotta eteneminen olisi mahdollista? Joten nopea suihku on pakollinen suihkumoottorin toiminnan kannalta. Ei mikään sivutuote.
Tyhjiössä suihkumootori ei toimi.
Rakettimootori toimii tyhjiössä mutta työntöaine kannetaan mukana. Yhtä kaikki, nopea virtaus (suihku) on molemmissa pakollinen. Pelkkä kerosiinin poltellu peltipurkissa ei aiheuta työntövoimaa.

Auton pakokaasu on sivutuote joka sylkäistään putkesta pihalle tarpeettomana. Suihkumoottorin virtauskaasu ei ole.
Suihkumootori on ihan hyvä nimi kyseiselle laitteelle.

Jos väität että suihkumoottorin suihku ei vaikuta menoon, niin laitapa suihkumoottorin taakse ohjausputki, joka ohjaa suihkun vaikka 45 astetta sivuun. Huomaat että työntövoima ei enää suuntaudu turbiinin akselin suuntaisesti, vaan putkiohjaimen puhallussuunnan mukaisesti. Paine-ero ehkä synnytetään moottorin sisällä, mutta työntövoima todellakin syntyy vasta kun kaasu saatetaan liikkeelle. Eli kaasusuihku tarvitaan.

Mitä yrität oikeastaan todistaa?

Minähän tuolla edellä jo sanoin, että suihkun pitää päästä vapaasti purkautumaan. Jos se estyy esimerkiksi äänen nopeuden vuoksi suihkussa, syntyy paine suuttimeen, eikä virtaus pääse moottorin sisällä vapaasti kiihtymään. Kun huolehditaan siitä, että tuota painetta ei pääse syntymään, suihku ei mitenkään vaikuta enää moottoriin.
Tosin suihkumoottorin voiman yhtälössä on myös suuttimen paine mukana, joka lisää työntövoimaa, mutta moottori on slloin suunniteltu niin, että painetta voi syntyä. Kun en ole ammattilainen, en osaa sanoa miksi moottorin suunnittelussa paine sallitaan.

[Tonttu]

Vaikka lentokoneen moottorien työntövoima ei tuota liike-energiaa koneelle ennen kuin kone kiihdyttää ja saa riittävästi nopeutta nousuun ja lentoon, työntövoiman tuottamiseen tarvitaan moottoritehoa.

HÖPÖ HÖPÖ.