Заглядывая ракетам под юбки
Читая Википедию, обнаружил для себя удивительный факт - у большинства самолётов тяговооружённость меньше единицы. То есть двигатели их толкают вперёд с меньшей силой, чем Земля притягивает их к себе. И тем не менее, они умудряются успешно летать
( Read more... )
0. Про самолёты. Работа есть сила на путь. То есть при полёте по горизонтали работа на поддержание в воздухе не производится, только на преодоление сопротивления воздуха. Поэтому сила тяги может быть существенно ниже массы самолёта, а там, где надо потратить энергию на набор высоты - делается это медленно. Сила тяги, превышающая вес, бывает у аппаратов вертикального взлёта и у особо манёвренных самолётов (и у тех обычно лишь на форсаже - Су-57 имеет взлётную массу при 100% топлива 30610 кг, максимальную 35500, а тяга двигателей 2х9500=19000, а с форсажем 2х15000=30000)
1. Снижение скорости истечения - простейший способ ухудшить двигатель. Толкает ракету не "давление под юбкой" (гусары, мааалчать!), а Закон Сохранения Импульса. Который, импульс, есть масса на скорость, равно и сила на время. То есть сила это секундный расход массы на скорость истечения. "Задержать" - уменьшить и то, и то. Всякого рода проекты "воздушного старта", ракетоплана, как первой ступени, запуска с многокилометровой эстакады и т.п. основной выигрыш предполагают не в том, что подняли на высоту, сократив путь к орбите (не то, чтобы не было выигрыша - но подъём на километр даёт экономию в потенциальной энергии 10 кДж/кг, а кинетическая энергия на орбите примерно 8МДж/кг, то есть экономия 0.1%). Но на большой высоте за счёт разреженности атмосферы реактивный двигатель эффективнее. Именно потому, что скорость истечения выше.
2. Противоречие между "двигателями с высокой скоростью истечения и малым расходом рабочего тела" и с "малой скоростью истечения и большим расходом" носит не фундаментальный характер, это ограниченность нашей энерговооружённости. Мощный и доступный источник - горение топлива. Но энергия на килограмм ограничена, и если рабочее тело - продукт сгорания, то скорость истечения тоже ограничена. Принципиальное улучшение - отказаться от теплового двигателя на химическом источнике тепла, но ограниченность энергии позволяет ускорить сравнительно малую массу рабочего тела. Поэтому ионные и т.п. двигатели имеют малую тягу.
3. При низкой скорости истечения можно достичь любой скорости полёта, Циолковский не даст соврать, просто расход рабочего тела будет слишком велик.
Reply
>Сила тяги, превышающая вес, бывает у аппаратов вертикального взлёта
Добавлю, что именно у аппаратов. Садящихся на задницу. А самолёты вертикально взлетают или с помощью дополнительных воздушных винтов с приводом от основного двигателя, или просто на отдельных двигателях. В горизонтальном полёте тяги у них обычно даже меньше, чем у взлетающих с разбегом.
Reply
Leave a comment