Расчёт двигателей для начинающих.
Граждане!
Помогите отполировать текст.
В расчёте именно для самых начинающих, чтоб было понятно всем.
Что-то добавить-убавить, поменять местами кровати.
Хочется минимум текста, чтоб хорошо доходило. Или больше текста?
Потом планирую переместить текст в "Для тех, кто впервые..."
1.
Для расчёта теоретического удельного импульса (УИ) есть прекрасная прога Пропеп.
(Тут надо дать ссылку для скачивания, которая не протухнет в ближайшее время.)
В ней задаётся состав топлива, давление в двигателе и давление снаружи. А прога совершенно теоретически считает УИ.
Вовсе не все составы, которые можно проге подсунуть, будут реальным топливом. Можете попробовать, например, чистый сахар (SUCROSE). УИ получится 126.7, но заставить чистый сахар работать топливом не получится.
2.
Скорость горения топлива зависит от давления.
Как правило, чем больше давление, тем быстрее горит топливо.
Причём для многих топлив скорость горения зависит так:
Скорость_при_давлении = Скорость_при_атмосфере * Давление_в_степени n
или
v_p = v_1 * p^n
где n — "показатель степени в законе горения" или "показатель горения" или просто "показатель".
Например, если на воздухе (одна атмосфера) скорость 1.5 мм/с, а показатель 0.6, тогда при 50 атмосферах скорость будет:
1.5 * 50
0.6 = 1.5 * 10.46 = 15.7 мм/с
Показатель обязательно должен быть меньше единицы, иначе давление в двигателе будет или нарастать до бесконечности, или падать до нуля.
Показатель выше 0.8 — уже плохой, надо слишком точно подбирать геометрию двигателя.
Хороший — 0.5 или меньше.
Определяется показатель только экспериментально, никакая теория тут не поможет.
И не у всех топлив закон горения именно такой. На новом составе можно нарваться на иное.
3.
Расчёт сопла.
В сопле газ расширяется и совершает работу по разгону себя любимого.
Чем до большей скорости он разгонится, тем для ракетчика лучше.
На входе в сопло течение дозвуковое, а самой узкой части (критическом сечении) оно становится сверхзвуковым (давление здесь падает примерно в два раза).
И дальше в расширяющейся части сопла газ продолжает расширяться и скорость продолжает расти.
Однако, при расширении газа давление падает. И в длинном сопле, там, где давление становится ниже атмосферного, возникает отрицательная сила тяги.
Поэтому есть оптимальное расширение, при котором получится максимальная тяга.
Оптимальное расширение определяется из картинки, там есть пунктирная линия "Line of optimum thrust coefficient".
Figure 3-7 из книжки
Rocket Propulsion Elements, George P. Sutton
(есть уже девятое издание)
Обозначение на картинке такие:
A2/At = отношение площади выходного сечения сопла к площади критического сечения;
P1/P3 = отношение давления в двигателе к давлению окружающего воздуха. На большой высоте, где давление атмосферы маленькое, это отношение легко может быть и 5000 и более.
P2 — давление на срезе сопла. Когда оно равно давлению окружающего воздуха (P3), расширение сопла оптимальное.
CF — коэффициент тяги. Он, как раз, связывает давление в двигателе и площадь критического сечения с тягой:
F = CF * At * P1
Это школьное "сила равна площадь умноженная на давление" и к ней поправочный коэффициент.
И так, выбрав "с потолка" давление в двигателе, из картинки получаем оптимальное расширение.
И коэффициент тяги.
Взяв (опять "с потолка") желаемую величину тяги, получаем площадь критического сечения:
At = F / CF / P1
4.
Что такое k и почему выбрана картинка с k=1.2
5.
Площадь горения к площади критического сечения — Кн.
Ну, я пока спать пойду.
Кто хочет, может тут налитературить!