Что такое калькулятор тяги ракетного двигателя?
Этот калькулятор оценивает тягу, которую создаёт ракетный двигатель, используя классическую формулу тяги. Тяга — это сила, толкающая ракету вперёд, и складывается она из двух составляющих: импульса высокоскоростных выхлопных газов и разности давлений, действующей на площади среза сопла. Инструмент подходит для любого двигателя — химического, газодинамического (на холодном газе) и других, — главное правильно ввести данные в единицах СИ. Это универсальный физический расчёт, который работает в любой стране.
Как пользоваться калькулятором
Введите массовый расход топлива (\(\dot{m}\)) в килограммах в секунду, скорость истечения (\(v_e\)) в метрах в секунду, давление на срезе сопла (\(P_e\)) и давление окружающей среды (\(P_a\)) в паскалях, а также площадь среза сопла (\(A_e\)) в квадратных метрах. Калькулятор выдаёт суммарную тягу в ньютонах и килоньютонах, а также раскладывает её на тягу импульсную и тягу давления, чтобы вы видели вклад каждой составляющей.
Разбор формулы
Формула выглядит так: $$F = \dot{m} \cdot v_e + \left( P_e - P_a \right) \cdot A_e$$ Первое слагаемое, \(\dot{m} \cdot v_e\), — это импульсная тяга: масса, выбрасываемая в секунду, умноженная на её скорость. Второе слагаемое, \(\left( P_e - P_a \right) \cdot A_e\), — это тяга давления. Когда давление на срезе равно давлению окружающей среды, сопло работает в режиме «расчётного расширения», и член давления обращается в ноль. Если \(P_e\) больше \(P_a\) (недорасширение), эта составляющая добавляет тягу; если \(P_e\) меньше \(P_a\) (перерасширение) — отнимает.
Пример расчёта
Допустим, \(\dot{m} = 250\) кг/с, \(v_e = 2800\) м/с, \(P_e = 101\,325\) Па, \(P_a = 101\,325\) Па, \(A_e = 0{,}5\) м². Импульсная тяга $$250 \times 2800 = 700\,000 \text{ Н}$$ Тяга давления $$\left( 101\,325 - 101\,325 \right) \times 0{,}5 = 0 \text{ Н}$$ Суммарная тяга = 700 000 Н, или 700 кН.
Частые вопросы
Какие единицы измерения использовать? Применяйте единицы СИ: кг/с, м/с, паскали и квадратные метры. Результат получается в ньютонах.
Что такое эффективная скорость истечения? Это суммарная тяга, делённая на массовый расход (\(F/\dot{m}\)); она учитывает и член давления.
Может ли тяга давления быть отрицательной? Да — если давление на срезе ниже давления окружающей среды (перерасширенное сопло), член давления уменьшает суммарную тягу.
