Warum erzeugt der Diffusorabschnitt Schub in einem Strahltriebwerk?

Aber warum sorgt der Diffusor auch für Vorwärtsdrang?

Der Diffusor verlangsamt die Strömung, um die Kraftstoff-Luft-Mischung und Verbrennung etwas später zu erleichtern. Wenn Sie sich nur auf die Ein- und Ausstiegsgeschwindigkeiten konzentrieren, gäbe es keinen Schub.

Betrachtet man jedoch die Drücke an den Diffusorwänden, ergibt sich ein anderes Ergebnis. Eine langsamere Strömung bedeutet einen höheren statischen Druck, und der Gesamtdruck direkt am Kompressorausgang ist bereits der höchste innerhalb des gesamten Motors. Der Druck auf diese sich erweiternden Diffusorwände schiebt den Motor aufgrund der Vorwärtsneigung des Druckvektors (der senkrecht zu den Diffusorwänden wirkt) tatsächlich nach vorne. Ihre verlinkte Pulsjet-Seite erklärt dies ganz gut.

Natürlich würde kein Schub entstehen, wenn die Strömung nicht erwärmt und dadurch weiter stromabwärts beschleunigt würde. Der Diffusor allein erzeugt also keinen Schub; Dies geschieht nur, wenn es in ein funktionierendes Düsentriebwerk eingesetzt wird.

Und warum sorgt die Düse für Rückwärtsschub?

Dies ist nicht immer der Fall, aber hier hat die Düse eine konvergierende Form, die hilft, die Unterschallströmung zu beschleunigen und den verbleibenden Druck in Geschwindigkeit umzuwandeln. Die Wände haben jetzt eine nach hinten gerichtete Neigung, sodass der Druckvektor auf ihnen eine nach hinten gerichtete Komponente beiträgt. Außerdem verursacht die hohe Strömungsgeschwindigkeit entlang der großen Düsenwände eine gewisse Reibung, die ebenfalls berücksichtigt werden muss.

Betrachten Sie zum Vergleich den Kegel hinter den Turbinenrädern. Sein Schubbeitrag ergibt sich nur aus dem nach vorne gerichteten Druck, der auf ihn wirkt.

Und sollte ein Diffusor keinen Rückwärtsschub liefern, da die Auslassgeschwindigkeit langsamer als die Einlassgeschwindigkeit ist, und so$\dot{m}\times(v - u)$ist negativ?

Erhaltungssätze in der Physik sind ein hervorragendes Werkzeug. Sie lassen Sie viel berechnen, ohne auf die Details des tatsächlichen Prozesses zu achten. Und dies ist ein großartiges Beispiel: Sie können den Schub des gesamten Motors trivial aus der Impulsänderung des Arbeitsmediums berechnen. Aber das sagt Ihnen nicht, wie die Kraft tatsächlich aufgebracht wird, sondern nur die Summe der Kräfte auf den gesamten Motor.

Die Aufschlüsselung der Schubkräfte sind die Einzelheiten des Prozesses. Und auf dieser Ebene ist die einzige Möglichkeit, eine Kraft zu erzeugen, der Druck der Flüssigkeit, und da der Druck immer senkrecht zur Oberfläche wirkt, kann nur auf die nach hinten gerichteten Oberflächen ein Vorwärtsschub wirken, während auf alle nach vorne gerichteten Oberflächen ein Schub ausgeübt wird negativer Schub wirken auf sie.

Und das ist beim Sprinkler nicht anders. Der Druck im Inneren wirkt auf alle Wände, aber in der Düse, wo das Wasser herausfließt, fehlt etwas, sodass die Kraft auf die gegenüberliegende Wand überwiegt.