Stuwkracht

Stuwkracht vergeleken met vermogen

Een veel voorkomende vraag is hoe men het stuwkrachtgetal van een vliegtuigmotor kan vergelijken met het mechanisch vermogen van een zuigermotor (het soort motor in auto's en in veel vliegtuigen met propellers). Het is moeilijk om deze twee te vergelijken. Dat komt omdat ze niet precies hetzelfde meten. Een zuigermotor beweegt het vliegtuig niet. Hij laat alleen de propeller draaien, die het vliegtuig beweegt. Daarom worden zuigermotoren beoordeeld aan de hand van het vermogen dat ze aan de propeller afgeven.

Een straalmotor heeft echter geen propeller - hij stuwt het vliegtuig voort door er hete lucht achter te laten bewegen. Een nuttige manier om het vermogen van een straalmotor te meten, is hoeveel kracht de straalmotor via zijn stuwkracht aan het vliegtuig geeft. Dit wordt het "voortstuwingsvermogen van de straalmotor" genoemd. Vermogen is de hoeveelheid kracht die nodig is om iets over een afstand te verplaatsen, gedeeld door de tijd die nodig is om die afstand te verplaatsen:

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

Hierin is P het vermogen, F de kracht, d de afstand en t de tijd. Voor een raket- of straalmotor is de kracht hetzelfde als de stuwkracht die door de motor wordt geproduceerd. Afstand gedeeld door tijd wordt ook snelheid genoemd. Dus vermogen is hetzelfde als stuwkracht maal snelheid

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

Waarbij T de stuwkracht is en v de snelheid. Dit is het vermogen dat door de motor wordt geleverd bij een bepaalde stuwkracht of snelheid. Het voortstuwingsvermogen van een straalmotor neemt toe met de snelheid.

Stuwkracht vergeleken met gewicht

Wanneer de stuwkracht van een raket of een motor wordt vergeleken met het gewicht, wordt dit de verhouding stuwkracht/gewicht genoemd. Het getal dat uit deze vergelijking komt heeft geen eenheden, omdat het een verhouding is. Een verhouding betekent in dit geval dat de stuwkracht van de motor (in Newtons) wordt gedeeld door het gewicht (in Newtons). Het doel van deze vergelijking is aan te geven hoe goed de motor of het voertuig presteert, bijvoorbeeld hoeveel de versnelling is. Het is een getal dat kan worden gebruikt om verschillende soorten motoren te vergelijken, zoals vliegtuigmotoren, straalmotoren, raketmotoren, of automotoren.

Dit vergelijkingsgetal kan veranderen terwijl de motor draait. Dit komt omdat het gewicht van de motor lichter wordt naarmate brandstof wordt verbruikt. De verhouding stuwkracht-gewicht die wordt gebruikt om motoren daadwerkelijk te vergelijken is het getal dat wordt gevonden wanneer de motor voor het eerst draait.

Stuwkracht wordt gemeten in "pounds of thrust" in de V.S. en in Newtons in het metrieke stelsel. 4,45 Newton stuwkracht is gelijk aan 1 pond stuwkracht. Een pond stuwkracht is de hoeveelheid stuwkracht die nodig is om een voorwerp van een pond onbeweeglijk te houden tegen de zwaartekracht op aarde in.

Voorbeelden

Een vliegtuig maakt voorwaartse stuwkracht wanneer lucht wordt geduwd in de richting tegenovergesteld aan de vliegrichting. De stuwkracht wordt gemaakt door de draaiende bladen van een propeller. Stuwkracht kan ook worden gemaakt door een draaiende ventilator die lucht uit de achterkant van een straalmotor duwt. Een andere manier is door het uitwerpen van hete gassen uit een raketmotor.

Omgekeerde stuwkracht is het tegenovergestelde van voorwaartse stuwkracht. Hierbij wordt lucht geduwd op dezelfde manier als de beweging van het lichaam. Omgekeerde stuwkracht kan worden gebruikt om te helpen remmen na de landing. Dit kan worden gedaan door de stuwkracht in een turbofan- of straalmotor om te buigen of door de bladhoek van een propellervliegtuig te veranderen.

Vogels krijgen normaal stuwkracht tijdens de vlucht door met hun vleugels te slaan.

Een boot met een motor maakt stuwkracht of omgekeerde stuwkracht wanneer de propellers worden gedraaid om water naar achteren (of naar voren) te duwen. De stuwkracht die daardoor ontstaat duwt de boot in de tegenovergestelde richting van waar het water wordt geduwd.

Een raket wordt voortgestuwd door een stuwkracht die even groot is als de kracht die het uitlaatgas uitoefent wanneer het uit de straalpijp van de raket komt. De kracht die het uitlaatgas uitoefent, wordt de uitlaatsnelheid genoemd. De snelheid wordt gemeten ten opzichte van de raket. Om een raket verticaal te kunnen lanceren, moet de startstuwkracht groter zijn dan het gewicht van de raket.

Motor	Stuwkracht (N)	Stuwkracht tot gewichtsverhouding
F-15C Eagle	155,240	1.12
F-16 Fighting Falcon	76,300	1.095
J-58 (SR-71 Blackbird straalmotor)	150,000	5.2
Boeing 747-400 (Motoren)	1,008,000	6.3
F-1 (Saturnus V 1e trap raketmotor)	7,740,500	94.1
Stuwkracht en stuwkracht/gewichtsverhouding voor verschillende motoren

Krachten op een dwarsdoorsnede van een aërosol