الدفع

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة بإضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن المصادر:  "Thrust" – الأخبار  · الصحف  · الكتب  · العلماء  · JSTOR ( ديسمبر 2017 ) ( تعرف على كيفية ومتى تزيل هذه الرسالة )

الدفع هو قوة رد فعل موصوفة كميًا بقانون نيوتن الثالث . عندما يطرد نظام كتلة أو يتسارع في اتجاه واحد، فإن الكتلة المتسارعة ستتسبب في تطبيق قوة مساوية في المقدار ولكن في الاتجاه المعاكس على هذا النظام. ^[2] تسمى القوة المطبقة على سطح في اتجاه عمودي أو عمودي على السطح أيضًا بالدفع. يتم قياس القوة، وبالتالي الدفع، باستخدام النظام الدولي للوحدات (SI) بالنيوتن (الرمز: N)، ويمثل المقدار اللازم لتسريع 1 كيلوغرام من الكتلة بمعدل 1 متر في الثانية في الثانية . ^[3] في الهندسة الميكانيكية ، يشار إلى القوة العمودية على الحمل الرئيسي (مثل التروس الحلزونية المتوازية) بالدفع الساكن .

يولد نظام دفع الطائرات ذات الأجنحة الثابتة قوة دفع للأمام عندما يتم دفع الهواء في الاتجاه المعاكس للطيران. يمكن القيام بذلك بوسائل مختلفة مثل الشفرات الدوارة للمروحة أو نفاثة الدفع لمحرك نفاث أو عن طريق إخراج الغازات الساخنة من محرك صاروخي . ^[4] يمكن توليد الدفع العكسي للمساعدة في الكبح بعد الهبوط عن طريق عكس درجة شفرات المروحة ذات الدرجة المتغيرة أو باستخدام عاكس الدفع في محرك نفاث. تستخدم الطائرات ذات الأجنحة الدوارة الدوارات وتوجيه الدفع تستخدم الطائرات ذات الإقلاع العمودي / القصير المراوح أو دفع المحرك لدعم وزن الطائرة وتوفير الدفع الأمامي.

تولد مروحة القارب قوة دفع عندما تدور وتدفع الماء إلى الخلف.

يتم دفع الصاروخ إلى الأمام بقوة دفع تساوي في المقدار، ولكنها معاكسة في الاتجاه، لمعدل تغير الزخم لغاز العادم المتسارع من غرفة الاحتراق عبر فوهة محرك الصاروخ. هذه هي سرعة العادم بالنسبة للصاروخ، مضروبة في المعدل الزمني الذي يتم به طرد الكتلة، أو بمصطلحات رياضية :

${\displaystyle \mathbf {T} =\mathbf {v} {\frac {\mathrm {d} m}{\mathrm {d} t}}}$

حيث أن T هو الدفع المتولد (القوة)، هو معدل تغير الكتلة بالنسبة للزمن (معدل تدفق كتلة العادم)، و v هي سرعة غازات العادم المقاسة بالنسبة للصاروخ. ${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} م}{\mathrm {d} ت}}}$

بالنسبة للإطلاق العمودي للصاروخ، يجب أن تكون القوة الدافعة الأولية عند الإقلاع أكبر من الوزن.

يمكن لكل من المحركات الرئيسية الثلاثة للمكوك الفضائي أن تنتج قوة دفع تبلغ 1.8  ميجا نيوتن ، ويمكن لكل من معززات الصواريخ الصلبة للمكوك الفضائي أن تنتج قوة دفع تبلغ 14.7  ميجا نيوتن (3,300,000  رطل )، معًا 29.4 ميجا نيوتن. ^[5]

على النقيض من ذلك، فإن المساعدة المبسطة لإنقاذ EVA (SAFER) تحتوي على 24 دافعًا بقوة 3.56 نيوتن (0.80 رطل) لكل منها. ^[6]

في فئة تنفس الهواء، ينتج محرك AMT-USA AT-180 النفاث المطوَّر للطائرات التي يتم التحكم فيها عن بُعد 90 نيوتن (20 رطلاً ) من الدفع. ^[7] يتمتع محرك GE90 -115B المثبت على طائرة بوينج 777 -300ER، والذي اعترف به كتاب غينيس للأرقام القياسية باعتباره "أقوى محرك نفاث تجاري في العالم"، بقوة دفع تبلغ 569 كيلو نيوتن (127900 رطل) حتى تم تجاوزه بواسطة محرك GE9X ، المثبت على طائرة بوينج 777X القادمة ، بقوة دفع تبلغ 609 كيلو نيوتن (134300 رطل).

يمكن ربط القدرة اللازمة لتوليد الدفع وقوة الدفع بطريقة غير خطية . بشكل عام، . يتغير ثابت التناسب، ويمكن حله لتدفق موحد، حيث هي سرعة الهواء الداخل، هي السرعة عند قرص المحرك، و هي سرعة الخروج النهائية: ${\displaystyle \mathbf {P} ^{2}\propto \mathbf {T} ^{3}}$${\displaystyle v_{\infty }}$${\displaystyle v_{d}}$${\displaystyle v_{f}}$

${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} m}{\mathrm {d} t}}=\rho A{v}}$

${\displaystyle \mathbf {T} ={\frac {\mathrm {d} m}{\mathrm {d} t}}\left(v_{f}-v_{\infty }\right),{\frac {\mathrm {d} m}{\mathrm {d} t}}=\rho Av_{d}}$

${\displaystyle \mathbf {P} ={\frac {1}{2}}{\frac {\mathrm {d} m}{\mathrm {d} t}}(v_{f}^{2}-v_{\infty }^{2}),\mathbf {P} =\mathbf {T} v_{d}}$

وبحل السرعة عند القرص، لدينا: ${\displaystyle v_{d}}$

${\displaystyle v_{d}={\frac {1}{2}}(v_{f}-v_{\infty })}$

عندما يتسارع الهواء الداخل من حالة السكون - على سبيل المثال عند التحليق - فعندئذٍ ، يمكننا أن نجد: ${\displaystyle v_{\infty }=0}$

${\displaystyle \mathbf {T} ={\frac {1}{2}}\rho A{v_{f}}^{2},\mathbf {P} ={\frac {1}{4}}\rho A{v_{f}}^{3}}$

ومن هنا نستطيع أن نرى العلاقة فنجد: ${\displaystyle \mathbf {P} ^{2}\propto \mathbf {T} ^{3}}$

${\displaystyle \mathbf {P} ^{2}={\frac {\mathbf {T} ^{3}}{2\rho A}}}$

إن معكوس ثابت التناسب، "كفاءة" الدافع المثالي، يتناسب طرديًا مع مساحة المقطع العرضي لحجم السائل الدافع ( ) وكثافة السائل ( ). وهذا يساعد في تفسير سبب سهولة التحرك عبر الماء وسبب امتلاك الطائرات لمراوح أكبر بكثير من المراوح الموجودة في المركبات المائية. ${\displaystyle A}$${\displaystyle \rho }$

السؤال الشائع جدًا هو كيفية مقارنة معدل الدفع لمحرك نفاث بمعدل القدرة لمحرك مكبس. هذه المقارنة صعبة، لأن هذه الكميات ليست متكافئة. لا يحرك محرك المكبس الطائرة من تلقاء نفسه (المروحة تفعل ذلك)، لذلك يتم تصنيف محركات المكبس عادةً حسب مقدار الطاقة التي توفرها للمروحة. باستثناء التغيرات في درجة الحرارة وضغط الهواء، تعتمد هذه الكمية بشكل أساسي على ضبط الخانق.

لا يحتوي المحرك النفاث على مروحة، لذا يتم تحديد قوة الدفع للمحرك النفاث من خلال قوة الدفع على النحو التالي. القوة هي القوة (F) اللازمة لتحريك شيء ما لمسافة ما (d) مقسومة على الوقت (t) الذي يستغرقه لتحريك تلك المسافة: ^[8]

${\displaystyle \mathbf {P} =\mathbf {F} {\frac {d}{t}}}$

في حالة الصاروخ أو الطائرة النفاثة، تكون القوة مساوية تمامًا للدفع (T) الذي ينتجه المحرك. إذا كان الصاروخ أو الطائرة يتحرك بسرعة ثابتة تقريبًا، فإن المسافة مقسومة على الزمن تساوي السرعة فقط، وبالتالي فإن القوة تساوي الدفع مضروبًا في السرعة: ^[9]

${\displaystyle \mathbf {P} =\mathbf {T} {v}}$

تبدو هذه الصيغة مفاجئة للغاية، لكنها صحيحة: تزداد قوة الدفع (أو القدرة المتاحة ^[10] ) لمحرك نفاث مع سرعته. إذا كانت السرعة صفرًا، فإن قوة الدفع تكون صفرًا. إذا كانت الطائرة النفاثة تعمل بكامل طاقتها ولكنها متصلة بحامل اختبار ثابت، فإن المحرك النفاث لا ينتج أي قوة دفع، ومع ذلك لا يزال يتم إنتاج الدفع. يحتوي محرك المكبس المركب - المروحة أيضًا على قوة دفع بنفس الصيغة تمامًا، وستكون أيضًا صفرًا عند السرعة صفر - ولكن هذا لمجموعة المحرك - المروحة. سيستمر المحرك وحده في إنتاج قوته المقدرة بمعدل ثابت، سواء كانت الطائرة تتحرك أم لا.

الآن، تخيل أن السلسلة القوية انكسرت، وبدأت الطائرة النفاثة والمكبس في التحرك. عند السرعات المنخفضة:

سيكون لمحرك المكبس قوة ثابتة 100%، وستتغير قوة دفع المروحة مع السرعة
سيكون للمحرك النفاث قوة دفع ثابتة 100%، وستتغير قوة المحرك مع السرعة

إذا كانت الطائرة التي تعمل بالطاقة تولد قوة دفع T وتتعرض لمقاومة D، فإن الفرق بين الاثنين، T − D، يسمى الدفع الزائد. ويعتمد الأداء اللحظي للطائرة في الغالب على الدفع الزائد.

الدفع الزائد هو متجه ويتم تحديده على أنه الفرق المتجه بين متجه الدفع ومتجه السحب.

محور الدفع للطائرة هو خط عمل الدفع الكلي في أي لحظة. ويعتمد على موقع وعدد وخصائص المحركات النفاثة أو المراوح. وعادة ما يختلف عن محور السحب. وإذا كان الأمر كذلك، فإن المسافة بين محور الدفع ومحور السحب ستتسبب في لحظة يجب مقاومتها من خلال تغيير في القوة الديناميكية الهوائية على المثبت الأفقي. ^[11] والجدير بالذكر أن طائرة بوينج 737 ماكس ، بمحركاتها الأكبر حجمًا والأقل ارتفاعًا من طرازات 737 السابقة، كانت بها مسافة أكبر بين محور الدفع ومحور السحب، مما تسبب في ارتفاع الأنف في بعض أنظمة الطيران، مما استلزم نظام التحكم في الملعب، MCAS . تعطلت الإصدارات المبكرة من MCAS أثناء الطيران مع عواقب كارثية، مما أدى إلى وفاة أكثر من 300 شخص في عامي 2018 و2019. ^{[12] [13]}

• القوة الديناميكية الهوائية  – القوة المؤثرة على الجسم أثناء تحركه عبر الهواء أو الغاز
• الدفع الخلفي  – استخدام آلية الدفع في السفينة لتطوير الدفع في اتجاه رجعي
• قوة دفع محرك توربيني غازي
• الدفع المحوري  – نظام توجيه الدفع المستخدم في الصواريخ Pages displaying short descriptions of redirect targets(الأكثر شيوعًا في الصواريخ الحديثة)
• الرطل (القوة)  – قوة الجاذبية الأرضية على كتلة وزنها رطل واحد
  • "رطل الدفع": الدفع (القوة) المطلوبة لتسريع رطل واحد عند قوة جاذبية واحدة
• متوسط ​​قوة دفع التيار  – عملية تحويل التدفق ثلاثي الأبعاد إلى تدفق أحادي الأبعاد
• نسبة الدفع إلى الوزن  – نسبة الدفع إلى الوزن بلا أبعاد لمحرك نفاث أو محرك مروحي
• توجيه الدفع  – جانب من جوانب علم المقذوفات والطيران
• عكس الدفع  – تحويل مؤقت لقوة دفع محرك الطائرة
• قوة الجر  – مصطلح في الهندسة الميكانيكية يشير إلى مقدار قوة الجر.