Может ли сопло увеличить тягу водяной ракеты?

Во-первых, какое правильное уравнение для определения тяги водяной ракеты?

(1) Ф Т "=" м ˙ В е

(2) Ф Т "=" м ˙ В е + ( п е − п 0 ) А е

Используя первое уравнение, можно увеличить тягу за счет использования сужающегося сопла, потому что скорость истечения воды В е увеличивается, а массовый расход ṁ вне ракеты постоянно.

Второе уравнение дополнительно включает площадь поперечного сечения выхлопа, а также разницу между давлением выхлопа и давлением окружающей среды.

Учитывая, что массовый расход из ракеты не изменился, может ли сопло изменить тягу водяной ракеты?

Что вы держите постоянным? Если вы уменьшите сопло и сохраните массовый расход таким же, вы должны увеличить давление. Если вы сохраните давление прежним, массовый расход должен упасть; что он?
@Floris: я предполагаю, что давление останется прежним. Когда массовый расход должен падать при уменьшении площади поперечного сечения, сопло не может изменить тягу водяной ракеты. Сужающееся сопло увеличит скорость истечения, но уменьшит массовый расход, а тяга останется прежней, верно?
@ Крис, я не знаю погоды, я понимаю твой вопрос. Если вы сможете поддерживать давление в барокамере, это не уменьшит массовый расход, даже если вы увеличите отношение площадей. Пожалуйста, перейдите по этой ссылке nptel.ac.in/courses/112104118/lecture-40/…
Если вы возьмете закрытую бутылку с водой, проткнете в ней маленькое отверстие и сожмете ее, то струя воды, выходящая из отверстия, создаст очень небольшую тягу. Это связано с тем, что вода, проходящая через маленькое отверстие, испытывает гораздо большее трение по сравнению с большим отверстием. Таким образом, существует оптимальная площадь сопла, дающая наибольшую тягу.

Ответы (2)

предварительное условие

Тяга, создаваемая соплом, может быть задана выражением

Ф Т "=" м ˙ В е + ( п е − п 0 ) А е

Составляющую тяги в сопле можно разделить на две составляющие – тягу давления ( ( п е − п 0 ) А е ) и импульсной тяги ( м ˙ В е ). В большинстве форсунок мы пытаемся добиться давления на выходе, равного давлению окружающей среды, это явление называется полностью расширенным соплом. Но какое-то время это может быть невозможно в сужающемся-расширяющемся сопле, если оно не работает с расчетным числом Маха, поэтому тяга давления будет добавляться или вычитаться из тяги по импульсу. Импульсная тяга выше, чем тяга давления для данного давления, поэтому мы всегда пытаемся достичь тяги за счет импульсной тяги. Упор давления возникает из-за конструктивных проблем или ограничений.

Тип тяги в сужающемся сопле и сужающемся-расходящемся сопле: сужающееся сопло всегда старайтесь достичь давления окружающей среды на выходе после достижения состояния равновесия. Время достижения этого равновесного состояния для большинства расчетов незначительно. Поскольку волны давления распространяются со скоростью звука, время, необходимое этим волнам давления для передачи информации о давлении на выходе в камеру давления, очень меньше, поскольку длина сопла очень мала по сравнению со скоростью звука. В соплах CD давление на выходе не обязательно равно атмосферному давлению, потому что характерные волны не сообщают эту информацию выше по потоку из-за гиперболического характера потока, оно полностью зависит от отношения площадей после достижения звуковой скорости.

Отвечать:

Насколько мне известно, в большинстве водяных ракет используется сужающееся сопло, поскольку сужающееся сопло расширяется до давления окружающей среды (объяснено ранее), тяга давления отсутствует. Вы можете использовать любое уравнение 1 или 2, оба они дадут одинаковый результат для сужающегося сопла. На самом деле уравнение 1 является частью уравнения 2!

Я не уверен, насколько это применимо к водяным ракетам, так как воду гораздо труднее сжать, чем газы, используемые в ракетных двигателях. Но это можно использовать как аргумент, почему у водяной ракеты должно быть только сужающееся сопло.
@fibonatic, водяная ракета состоит не только из воды, в ней есть сжатый газ, который толкает воду. Пожалуйста, перейдите по этой ссылке en.wikipedia.org/wiki/Water_rocket
Но это проходит через сопло только после того, как большая часть / вся вода израсходована. Кроме того, воздух будет предлагать лишь очень небольшое количество импульса по сравнению с водой (при условии, что используется почти оптимальное количество воды), потому что он имеет гораздо меньшую плотность. Насадка CD может стать интересной, если вы начнете использовать пену.
@fibonatic Да, воздух увеличивает энергию давления воды, сжимаемость проявляется, потому что Мах = 1 в воде трудно достичь, на самом деле это вообще невозможно!
@фибонатическая сжимаемость, β "=" − 1 В г В г п , это примерно 5,1×10-10 Па-1 для воды, так как изменение объема воды при заданном давлении невелико, это очень низкое значение. Если мы поместим 10-килограммовый поршень в цилиндр, содержащий воду или воздух, оба будут испытывать одинаковое давление, но разную степень сжатия. Если мы хотим решить эту задачу математически, одним из граничных условий является п а я р "=" п ж а т е р на границе раздела, потому что природа не допускает разрыва в этом случае. Если вы все еще не убеждены, напишите об этом, я попробую, если я знаю.

Нет, вода, вытекающая из ракеты-бутылки, недостаточно быстра, чтобы генерировать истощающие энергию ударные волны и махи, которые стремится устранить сужающееся-расширяющееся сопло.

Может ли сопло увеличить тягу водяной ракеты?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v