Самые первые ракеты были устроены максимально просто: они представляли собой набитую порохом бамбуковую трубку, с одной стороны закупоренную, с другой - открытую. Если поджечь порох, он начинает гореть, возникает реактивная тяга, которая и увлекает ракету в определённом направлении.
В принципе, чтобы ракета летела лучше и дальше, можно попробовать поэкспериментировать с геометрией самого летающего аппарата, а также с составом пороха, утрамбовать его, создать внутри плотной массы полость и пр. Ровно это же, помнится, я вычитал в одной из библиотечных книжек, выпущенной вскоре после окончания Великой отечественной войны. Тогда в стране царил небывалый энтузиазм, связанный с перспективами развития ракетной отрасли, и школьников поощряли заниматься этим не только на кружках, но и дома. (Сейчас за подобное посадили бы сначала автора, затем руководителя кружка, а потом и всех его участников.)
Однако уже тогда высоколобые учёные знали: чтобы ракета взлетела на максимально большую высоту и пролетела как можно дальше, нужно очень внимательно отнестись к её хвостовой части - в том месте, откуда истекают пороховые газы. Потому что чем выше будет их скорость, тем быстрее полетит она сама.
Сделать это можно только с помощью СОПЛА ЛАВАЛЯ. Так называют газовый канал особого профиля, который имеет сужение и предназначен для изменения скорости проходящего по нему газового потока, чаще всего для создания сверхзвукового потока.
Канал этот может быть профилированным (особой кривизны, геометрию которой требуется тщательно просчитать) и непрофилированным, то есть коническим.
Вспоминая ЗАКОН БЕРНУЛЛИ ("Чем быстрее движется поток жидкости или газа, тем ниже его давление") и ЭФФЕКТ ВЕНТУРИ ("В узкой части трубы скорость течения жидкости выше, а давление меньше, чем на участке трубы большего диаметра"), можно сразу сказать: проходя через самое узкое место СОПЛА ЛАВАЛЯ, пороховые или любые другие газы будут разгоняться до высоких скоростей. Часто - до сверхзвуковых. А нам того и нужно, ведь наша задача - заставить ракету лететь как можно быстрее.
(Здесь, по идее, надо было бы привести великое множество физических формул и самых разнообразных расчётов, доказывающих, почему сопло именно такого профиля позволяет максимально эффективно использовать энергию истекающих газов. И почему в других случаях всё-таки стоит выполнить именно коническое сопло, а не криволинейного профиля. Но я этого делать не буду, ибо гуманитарий, а физика мне чужда.)
В современных ракетах, конечно же, всё устроено гораздо сложнее - там установлены не одно, а сразу несколько СОПЕЛ ЛАВАЛЯ, и сжигание рабочего тела осуществляется более изощрённым способом.
Более того, для повышения эффективности этого устройства иногда прибегают к созданию сопел переменного объёма, выдвигающихся, подобно объективу телескопа, что само по себе очень интересно.
Пишут, будто бы о профилях труб, через которые горячий пар выходит наружу, впервые задумался ещё Герон Александрийский в первой половине первого века нашей эры - помните, я писал о его эолипиле в статье ФОНТАН ГЕРОНА. Уверен, и китайцы, впервые начавшие использовать ракеты в самых разных целях, тоже обратили внимание на то, каким образом ширина и профиль отверстия, через которое выходят наружу пороховые газы, связаны со скоростью полёта ракеты.
Но впервые полноценные научные исследования в этом направлении были проведены лишь в конце XIX века. Причём отнюдь не на ракетах, а на паровых турбинах.
Карл Густав Патрик де Лаваль (9 мая 1845 - 2 февраля 1913) - шведский инженер и изобретатель, член Шведской королевской академии наук.
Родился в Орсе, центральная Швеция, в семье военного. Закончил Технологический институт в Стокгольме, затем Уппсальский университет, после чего устроился на работу в шведскую горнодобывающую компанию Stora Kopparberg. Через некоторое время Лаваль защитил докторскую диссертацию и перешёл на работу на железорудный завод в Хусбю.
Став успешным инженером и бизнесменом, занимал государственные должности, был избран в шведский парламент, а позже вошёл в состав сената.
К числу его заслуг относят разработку концепции импульсной паровой турбины, а также создание её действующего образца (правда, в малых размерах), чтобы на практике подтвердить справедливость теоретических выкладок.
Созданное им сопло позволило увеличить скорость паровой струи до сверхзвуковой только за счёт кинетической энергии пара, а не его давления. В дальнейшем спроектированные Лавалем турбины были способны достигать 30 000 оборотов в минуту. Причём из-за столь высокой скорости пришлось разработать новые подходы к созданию редукторов, которые используются до сих пор. Поскольку материалы, доступные в то время, не выдерживали огромных центробежных сил, мощность турбины была ограничена. То есть разработки Лаваля, можно сказать, значительно опередили своё время.
Помимо этого учёный также внес значительный вклад в развитие молочной промышленности, создав первый центробежный молоко-сливочный сепаратор и одну из первых доильных машин, запатентовав её в 1894 году.
Основанная им в 1883 году, совместно с Оскаром Ламмом, компания Alfa Laval поначалу занималась поставкой центрифуг на молокозаводы, а теперь ориентирована на тяжёлую промышленность. Её продукция компании используется для нагрева, охлаждения, разделения и транспортировки таких продуктов, как нефть, вода, химикаты, напитки, продукты питания, крахмал и фармацевтические препараты.
Вы можете поддержать канал, перечислив любую доступную вам сумму на карту Сбербанка 2202 2050 9239 4847 (или на карту Райффайзенбанка 2200 3005 3005 2776). И поучаствовать в создании книги по материалам этих статей. Заранее всем спасибо!