Что такое тяга в авиации?

Тяга — это сила, создаваемая двигателями самолёта и направленная вперёд. Она возникает за счёт ускорения воздуха или выхлопных газов назад — по третьему закону Ньютона это создаёт равную силу, направленную вперёд. Тяга измеряется в фунт-силах (lbf) или килоньютонах (кН).

Какую тягу создаёт реактивный двигатель?

Тяга реактивных двигателей сильно различается: малые бизнес-джеты развивают 10–20 кН (2 000–4 500 lbf) на двигатель, коммерческие авиалайнеры — 100–500 кН (22 000–112 000 lbf) на двигатель, а военные истребители с форсажем могут превышать 150 кН (34 000 lbf).

Что такое тяговооружённость?

Тяговооружённость (T/W) сравнивает тягу двигателя с весом транспортного средства. Если T/W превышает 1,0, аппарат может ускоряться вертикально (как ракета). У большинства авиалайнеров T/W составляет 0,25–0,35, и они опираются на крылья для создания подъёмной силы. У истребителей T/W может превышать 1,0 для быстрого набора высоты.

Тяга и движение

Как двигатели создают силу

Узнайте о тяге

Тяга — это сила, которая перемещает самолёты, ракеты и корабли вперёд. Создаваемая реактивными двигателями, воздушными винтами или ракетными двигателями, тяга возникает за счёт ускорения массы (воздуха, выхлопных газов, воды) в одном направлении, толкая транспортное средство в противоположном. Понимание тяги объясняет, как мы достигли воздушного и космического полёта.

Как различные двигатели создают тягу

Реактивные двигатели (турбовентиляторные/турбореактивные)

Забирают воздух, сжимают, добавляют топливо, воспламеняют
Горячие выхлопные газы выходят с высокой скоростью
Сила реакции = тяга
Тяга: 10 000–100 000+ lbf (45–450+ кН)

Ракетные двигатели

Несут и топливо, и окислитель
Работают в вакууме (воздух не нужен)
Очень высокая скорость истечения
Тяга: до 7 000 000+ lbf (31 000+ кН)

Воздушные винты

Ускоряют большую массу воздуха с меньшей скоростью
Эффективны на более низких скоростях
Тяга: 500–5 000+ lbf (2–22+ кН)

Значения тяги по типам транспортных средств

Транспортное средство/двигатель	Тяга (кН)	Тяга (lbf)
Cessna 172 (винтовой)	2–3	450–675
Boeing 737 (каждый двигатель)	120	27 000
Boeing 777 (каждый двигатель)	440	99 000
F-35 Lightning (с форсажем)	191	43 000
Space Shuttle SSME (каждый)	2 090	470 000
Saturn V F-1 (каждый)	6 770	1 522 000
SpaceX Raptor	2 300	517 000

Конвертировать единицы силы

Единицы тяги

Единица	Система	Область применения
Фунт-сила (lbf)	Имперская	Авиация/космонавтика США
Килоньютон (кН)	СИ	Международная авиация
Ньютон (Н)	СИ	Научные задачи
Килограмм-сила (кгс)	Метрическая (не СИ)	Некоторые страны

Пересчёт

1 кН = 224,8 lbf
1 000 lbf = 4,448 кН

Уравнение тяги

Для реактивного двигателя:

Тяга = ṁ × (V_выхлоп - V_вход) + (P_выхлоп - P_окруж) × A_выхлоп

Упрощённо:

Тяга ≈ ṁ × ΔV

Где ṁ — массовый расход, а ΔV — изменение скорости.

Пример

Реактивный двигатель, обрабатывающий 100 кг/с воздуха, ускоряя его на 500 м/с:

Тяга = 100 × 500 = 50 000 Н = 50 кН

Удельный импульс (эффективность)

Удельный импульс (I_sp) характеризует эффективность движителя:

I_sp = Тяга / (Массовый расход × g)

Более высокий I_sp = более эффективное использование топлива.

Тип двигателя	I_sp (секунды)
Твердотопливная ракета	250–280
Жидкостная ракета (RP-1/LOX)	300–350
Жидкостная ракета (H2/LOX)	400–450
Турбореактивный	2 000–3 500
Ионный двигатель	3 000–10 000+

Заключение

Тяга — это сила, которая приводит транспортные средства в движение за счёт ускорения массы в противоположном направлении (третий закон Ньютона). Будь то воздушные винты (ускоряющие большую массу воздуха медленно), реактивные двигатели (умеренную массу с высокой скоростью) или ракеты (малую массу с очень высокой скоростью), тяга измеряется в ньютонах, килоньютонах или фунт-силах. Тяговооружённость определяет, может ли транспортное средство зависать, летать или ускоряться вертикально.