La spinta è la forza che muove qualsiasi aereo nell’aria. La spinta è generata dal sistema di propulsione dell’aereo. Diversi sistemi di propulsione sviluppano la spinta in modi indifferenti, ma tutta la spinta è generata attraverso qualche applicazione della terza legge di Newton del movimento. In qualsiasi sistema di propulsione, un fluido di lavoro è accelerato dal sistema e la reazione a questa accelerazione produce una forza sul sistema. Una derivazione generale dell’equazione di spinta mostra che la quantità di spinta generata dipende dal flusso di massa attraverso il motore e dalla velocità di uscita del gas.
Durante e dopo la seconda guerra mondiale, ci furono un certo numero di aerei a razzo costruiti per esplorare il volo ad alta velocità.L’X-1A, usato per rompere la “barriera del suono”, e l’X-15 erano aerei a razzo. In un motore a razzo, il carburante e una fonte di ossigeno, chiamato ossidante, sono mescolati ed esplosi in una camera di combustione. Per un razzo, il gas accelerato, o fluido di lavoro, è il gas di scarico caldo prodotto durante la combustione. questo è un fluido di lavoro diverso da quello che si trova in un motore a turbina o in un aereo a propulsione ad elica.I motori a turbina e le eliche usano l’aria dell’atmosfera come fluido di lavoro, ma i razzi usano i gas di scarico della combustione.Nello spazio esterno non c’è atmosfera, quindi le turbine e le eliche non possono funzionarvi.Questo spiega perché un razzo funziona nello spazio ma un motore a turbina o un’elica non funziona.
Ci sono due categorie principali di motori a razzo: razzi liquidi e razzi solidi. In un razzo liquido, i propellenti, il combustibile e l’ossidante, sono immagazzinati separatamente come liquidi e sono pompati nella camera di combustione dell’ugello dove avviene la combustione. In un razzo solido, i propellenti sono mescolati insieme e imballati in un cilindro solido. In condizioni normali di temperatura, i propellenti non bruciano; ma bruceranno quando esposti a una fonte di calore fornita da un accenditore. Una volta che la combustione inizia, procede fino a quando tutto il propellente è esaurito. Con un razzo liquido, è possibile fermare la spinta spegnendo il flusso di propellenti; ma con un razzo solido, è necessario distruggere l’involucro per fermare il motore. I razzi liquidi tendono ad essere più pesanti e complessi a causa delle pompe e dei serbatoi di stoccaggio. I propellenti sono caricati nel razzo appena prima del lancio.Un razzo solido è molto più facile da gestire e può stare per anni prima di sparare.
In questa diapositiva, mostriamo una foto di un aereo a razzo X-15 in alto a sinistra e una foto del test di un motore a razzo in basso a destra. Per l’immagine a destra, vediamo solo la parte esterna dell’ugello del razzo, con il gas caldo che esce dal fondo. L’X-15 era alimentato da un motore a razzo liquido e portava un singolo pilota a un’altezza di oltre 60 miglia sopra la terra. L’X-15 volò più di sei volte la velocità del suono quasi 40 anni fa. Il record di velocità per un aereo pilotato è superato solo dallo Space Shuttle. Il record di altitudine è superato solo dallo Space Shuttle e dalla recente Nave Spaziale 1, che usava anche la propulsione a razzo.
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