กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 5 นาที

ไม่มีชื่อบทความ

การขับเคลื่อนด้วยไอพ่น คือ การผลักดัน วัตถุไปในทิศทางเดียว โดยการพ่น ไอ ของ ของเหลว ออกไป ในทิศทางตรงกันข้าม ตาม กฎข้อที่สามของนิวตัน...

ระบบขับเคลื่อนไอพ่น

เครื่องยนต์เจ็ทของเครื่องบินโบอิ้ง 787 ดรีมไลเนอร์
ระบบขับเคลื่อนแบบปั๊มเจ็ทบนเรือเฟอร์รี่

การขับเคลื่อนด้วยไอพ่นคือการผลักดันวัตถุไปในทิศทางเดียว โดยการพ่นไอของของเหลว ออกไป ในทิศทางตรงกันข้าม ตามกฎข้อที่สามของนิวตันวัตถุที่เคลื่อนที่จะถูกผลักดันไปในทิศทางตรงกันข้ามกับไอพ่นเครื่องยนต์ปฏิกิริยาที่ทำงานบนหลักการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น ได้แก่เครื่องยนต์ไอพ่นที่ใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องบินเครื่องยนต์ปั๊มไอพ่นที่ใช้ในการขับเคลื่อนเรือและเครื่องยนต์จรวดและ เครื่องยนต์ ขับดันพลาสมาที่ใช้ในการขับเคลื่อนยานอวกาศการขับเคลื่อนด้วยไอพ่นใต้น้ำยังถูกใช้โดยสัตว์ทะเลหลายชนิด รวมถึงเซฟาโลพอดและซัลป์โดยปลาหมึกบินได้แสดงให้เห็นถึงตัวอย่างเดียวที่รู้จักของการบินในอากาศด้วยพลังไอพ่นในอาณาจักรสัตว์

ฟิสิกส์

การขับเคลื่อนด้วยไอพ่นเกิดขึ้นจากเครื่องยนต์ปฏิกิริยา บางชนิด หรือสัตว์ เมื่อแรงขับถูกสร้างขึ้นโดยไอพ่นของของเหลว ที่เคลื่อนที่เร็ว ตามกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันจะมีประสิทธิภาพมากที่สุดเมื่อเลขเรย์โนลด์สูง นั่นคือ วัตถุที่ถูกขับเคลื่อนมีขนาดค่อนข้างใหญ่และเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่มีความหนืดต่ำ[ 1 ]

ในสัตว์ เจ็ทที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดจะเป็นแบบพัลส์มากกว่าแบบต่อเนื่อง[ 2 ]อย่างน้อยที่สุดเมื่อเลขเรย์โนลด์มากกว่า 6 [ 3 ]

แรงขับจำเพาะ

แรงดลจำเพาะ (โดยทั่วไปย่อว่าI ) เป็นการวัดประสิทธิภาพ การใช้เชื้อเพลิงของ จรวดหรือ การใช้เชื้อเพลิง ของเครื่องยนต์ไอพ่นตามคำจำกัดความ แรงดลจำเพาะคือแรงดลทั้งหมด (หรือการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัม ) ที่ส่งต่อหน่วยของเชื้อเพลิงที่ใช้ไป[ 4 ]และมีมิติเทียบเท่ากับแรงขับ ที่เกิด ขึ้นหารด้วยอัตราการไหลของมวล เชื้อเพลิง หรืออัตราการไหลของน้ำหนักเชื้อเพลิง[ 5 ]หากใช้มวล ( กิโลกรัมปอนด์มวลหรือสลัก ) เป็นหน่วยของเชื้อเพลิง แรงดลจำเพาะจะมีหน่วยเป็น ความเร็วหากใช้น้ำหนัก ( นิวตันหรือปอนด์แรง ) แทน แรงดลจำเพาะจะมีหน่วยเป็นเวลา (วินาที) การคูณอัตราการไหลด้วยแรงโน้มถ่วงมาตรฐาน ( g ) จะแปลงแรงดลจำเพาะจากหน่วยมวลเป็นหน่วยน้ำหนัก[ 5 ]

ระบบขับเคลื่อนที่มีแรงขับจำเพาะสูงกว่าจะใช้มวลของเชื้อเพลิงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการสร้างแรงขับไปข้างหน้า และในกรณีของจรวด จะใช้เชื้อเพลิงน้อยลงสำหรับค่าdelta-v ที่กำหนด ตาม สมการจรวด ของTsiolkovsky [ 4 ] [ 6 ]ในจรวด หมายความว่าเครื่องยนต์จะมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการเพิ่มระดับความสูง ระยะทาง และความเร็ว ประสิทธิภาพนี้มีความสำคัญน้อยกว่าในเครื่องยนต์ไอพ่นที่ใช้ปีกและใช้อากาศภายนอกสำหรับการเผาไหม้ และบรรทุกน้ำหนักบรรทุกที่หนักกว่าเชื้อเพลิงมาก

แรงขับจำเพาะ (Specific impulse) รวมถึงส่วนประกอบของแรงขับที่ได้จากอากาศภายนอกที่ใช้ในการเผาไหม้และถูกระบายออกไปพร้อมกับเชื้อเพลิงที่ใช้แล้ว เครื่องยนต์ไอพ่นใช้อากาศภายนอก ดังนั้นจึงมีแรงขับจำเพาะสูงกว่าเครื่องยนต์จรวดมาก แรงขับจำเพาะในแง่ของมวลเชื้อเพลิงที่ใช้ไปมีหน่วยเป็นระยะทางต่อเวลา ซึ่งเป็นความเร็วสมมติที่เรียกว่า "ความเร็วไอเสียที่มีประสิทธิภาพ" (effective exhaust velocity) ซึ่งสูงกว่า ความเร็วไอเสีย จริงเนื่องจากไม่ได้คำนึงถึงมวลของอากาศที่ใช้ในการเผาไหม้ ความเร็วไอเสียจริงและความเร็วไอเสียที่มีประสิทธิภาพจะเท่ากันในเครื่องยนต์จรวดที่ไม่ใช้อากาศ

แรงดลจำเพาะแปรผกผันกับอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะ (SFC) โดยมีความสัมพันธ์เป็นI = 1/( g ·SFC) สำหรับ SFC ในหน่วย kg/(N·s) และI = 3600/SFC สำหรับ SFC ในหน่วย lb/(lbf·hr)

แรงขับ

จากนิยามของแรงขับจำเพาะในหน่วย SI คือ:

เอฟ=˙วีอี{\displaystyle F={\dot {m}}V_{e}}

โดยที่ V คือความเร็วไอเสียที่มีประสิทธิภาพ และ˙{\displaystyle {\dot {m}}}คืออัตราการไหลของเชื้อเพลิงขับดัน

ประเภทของเครื่องยนต์ปฏิกิริยา

เครื่องยนต์ปฏิกิริยาสร้างแรงขับโดยการขับไล่มวลปฏิกิริยา ที่เป็นของแข็งหรือของเหลว ส่วน ระบบขับเคลื่อนด้วยไอพ่นใช้ได้เฉพาะกับเครื่องยนต์ที่ใช้มวลปฏิกิริยาที่เป็นของเหลวเท่านั้น

เครื่องยนต์เจ็ท

เครื่องยนต์ไอพ่นเป็นเครื่องยนต์ปฏิกิริยาที่ใช้อากาศโดยรอบเป็นของเสียทำงาน และเปลี่ยนอากาศนั้นให้เป็นก๊าซร้อนที่มีความดันสูง ซึ่งจะถูกขยายตัวผ่านหัวฉีด หนึ่งหรือหลายหัว ในทางเทคนิคแล้ว เครื่องยนต์ไอพ่นส่วนใหญ่เป็นกังหันก๊าซที่ทำงานตามวัฏจักรเบรย์ตันเครื่องยนต์ไอพ่นสองประเภท ได้แก่เทอร์โบไอพ่นและเทอร์โบแฟนใช้คอมเพรสเซอร์แบบไหลตามแกนหรือ แบบแรงเหวี่ยง เพื่อเพิ่มความดันก่อนการเผาไหม้และใช้กังหันเพื่อขับเคลื่อนการอัดเครื่องยนต์แรมไอพ่นทำงานได้เฉพาะที่ความเร็วบินสูงเท่านั้น เพราะไม่มีคอมเพรสเซอร์และกังหัน แต่จะอาศัยความดันไดนามิกที่เกิดจากความเร็วสูง (เรียกว่าการอัดแบบแรม) เครื่องยนต์พัลส์ไอพ่นก็ไม่มีคอมเพรสเซอร์และกังหันเช่นกัน แต่สามารถสร้างแรงขับสถิตได้และมีความเร็วสูงสุดที่จำกัด

เครื่องยนต์จรวด

จรวดสามารถปฏิบัติการได้ในสุญญากาศของอวกาศเนื่องจากตัวจรวดเองบรรทุกสารออกซิไดเซอร์แทนที่จะใช้ออกซิเจนในอากาศ หรือในกรณีของจรวดนิวเคลียร์จะให้ความร้อนแก่เชื้อเพลิงเฉื่อย (เช่นไฮโดรเจน เหลว ) โดยการบังคับให้ไหลผ่าน เครื่อง ปฏิกรณ์นิวเคลียร์

เครื่องยนต์พลาสมา

เครื่องยนต์ขับเคลื่อนพลาสมาเร่งความเร็วพลาสมาด้วยวิธีการทางแม่เหล็กไฟฟ้า

ปั๊มเจ็ท

เครื่องยนต์เจ็ทปั๊ม ซึ่งใช้ในการขับเคลื่อนเรือใช้น้ำเป็นของเหลวทำงาน โดยอัดแรงดันด้วยใบพัดแบบมีท่อปั๊มแรงเหวี่ยงหรือการผสมผสานของทั้งสองอย่าง

สัตว์ที่ขับเคลื่อนด้วยไอพ่น

สัตว์จำพวกเซฟาโลพอดเช่น ปลาหมึก ใช้การขับเคลื่อนด้วยไอพ่นเพื่อหลบหนีจากผู้ล่า อย่างรวดเร็ว และใช้กลไกอื่นๆ ในการว่ายน้ำช้าๆ ไอพ่นเกิดจากการพ่นน้ำผ่านท่อดูดซึ่งโดยทั่วไปจะแคบลงจนเหลือช่องเปิดเล็กๆ เพื่อให้ได้ความเร็วในการพ่นน้ำสูงสุด น้ำจะผ่านเหงือกก่อนที่จะพ่นออกมา ซึ่งทำหน้าที่สองอย่างคือการหายใจและการเคลื่อนที่[ 1 ]

การเคลื่อนที่ว่ายน้ำของทากทะเลNotarchus punctatus [ 7 ]

หอยทะเล ( Gastropoda , Opisthobranchia ) ใช้กลไกที่คล้ายกัน แต่เนื่องจากไม่มีระบบประสาทที่ซับซ้อนเหมือนเซฟาโลพอดและไม่มีครีบสำหรับบังคับทิศทางการเคลื่อนที่ พวกมันจึงนำทางได้ค่อนข้างงุ่มง่ามกว่า[ 7 ]

วงจรการว่ายน้ำมีสองระยะ: (A) ระยะการผลักดัน ซึ่งสัตว์จะพ่นน้ำออกมาเพื่อเคลื่อนที่ และ (B) ระยะการกลิ้ง ซึ่งมันจะทำการตีลังกาเพื่อปรับตำแหน่งใหม่[ 7 ]

การศึกษาของ Mazzarelli (1893) ชี้ให้เห็นว่า ปู Dromiaอาจเป็นผู้ล่าของNotarchusในแทงค์ที่จำกัดซึ่งมีน้ำทะเลน้อย หอยทะเลสองตัวขาดอากาศหายใจตายหลังจากถูกปูจับไว้แน่นเป็นเวลาหลายชั่วโมง แม้ว่าจะไม่มีบาดแผลที่มองเห็นได้เมื่อผ่าดู ยังไม่ชัดเจนว่าพฤติกรรมนี้เกิดขึ้นในธรรมชาติหรือไม่ แต่ Notarchus อาจหลบหนีได้ง่ายๆ ด้วยการว่ายน้ำหากมีพื้นที่เพียงพอ[ 7 ] [ 8 ]

ปลา เทเลออสบางชนิดพัฒนาระบบขับเคลื่อนด้วยไอพ่น โดยส่งน้ำผ่านเหงือกเพื่อเสริมการเคลื่อนที่ด้วยครีบ[ 9 ] [ 10 ]

ใน ตัวอ่อน แมลงปอ บางชนิด การขับเคลื่อนด้วยแรงดันน้ำเกิดขึ้นจากการขับน้ำออกจากช่องพิเศษผ่านทางทวารหนัก ด้วยขนาดที่เล็กของสิ่งมีชีวิต ทำให้สามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงได้[ 11 ]

หอยเชลล์และคาร์ดิอิด [ 12 ] ไซโฟโนฟอร์ [ 13 ] ทูนิเคท (เช่นซัลป์ ) [ 14 ] [ 15 ]และแมงกะพรุนบางชนิด[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]ก็ใช้การขับเคลื่อนด้วยไอพ่นเช่นกัน สิ่งมีชีวิตที่ขับเคลื่อนด้วยไอพ่นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดคือซัลป์[ 14 ]ซึ่งใช้พลังงานน้อยกว่าปลาหมึกถึงหนึ่งลำดับ (ต่อกิโลกรัมต่อเมตร) [ 19 ]

ดูเพิ่มเติม

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ไม่มีชื่อบทความ

การขับเคลื่อนด้วยไอพ่น คือ การผลักดัน วัตถุไปในทิศทางเดียว โดยการพ่น ไอ ของ ของเหลว ออกไป ในทิศทางตรงกันข้าม ตาม กฎข้อที่สามของนิวตัน...

ฟิสิกส์

การขับเคลื่อนด้วยไอพ่นเกิดขึ้นจาก เครื่องยนต์ปฏิกิริยา บางชนิด หรือสัตว์ เมื่อแรงขับถูกสร้างขึ้นโดย ไอพ่น ของ ของเหลว ที่เคลื่อนที่เร็ว ตาม กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน จะมีประสิทธิภาพมากที่สุดเมื่อ เลขเรย์โนลด์ สูง นั่นคือ...

แรงขับจำเพาะ

แรงดลจำเพาะ (โดยทั่วไปย่อว่า I ) เป็นการวัดประสิทธิภาพ การใช้เชื้อเพลิงของ จรวด หรือ การใช้เชื้อเพลิง ของเครื่องยนต์ไอพ่น ตามคำจำกัดความ แรงดลจำเพาะคือ แรงดลทั้งหมด (หรือการเปลี่ยนแปลง โมเมนตัม ) ที่ส่งต่อหน่วยของ เชื้อเพลิง ที่ใช้ไป [ 4 ] และมี มิติเทียบเท่า...

ประเภทของเครื่องยนต์ปฏิกิริยา

เครื่องยนต์ปฏิกิริยาสร้างแรงขับโดยการขับไล่ มวลปฏิกิริยา ที่เป็นของแข็งหรือของเหลว ส่วน ระบบขับเคลื่อนด้วยไอพ่นใช้ได้เฉพาะกับเครื่องยนต์ที่ใช้มวลปฏิกิริยาที่เป็นของเหลวเท่านั้น