Удельный импульс и дельта-v в ракетном уравнении Циолковского

Согласно ракетному уравнению Циолковского можно рассчитать дельта -v многоступенчатой ​​ракеты , если известны характеристики каждой ступени ракеты. В моем случае единственные характеристики, которые я нашел в паспорте/каталоге ракеты, были следующими: вакуумный удельный импульс, начальная и конечная массы каждой ступени ракеты.

Мои вопросы:

  • Ракета имеет вакуум и удельный импульс на уровне моря . Какой из этих двух я должен использовать для расчета общего дельта-v многоступенчатой ​​ракеты?
  • Уравнение ракеты Циолковского применимо для ракеты, на которую не действуют внешние силы. Как мне «исправить» дельта-v для ракет нижней ступени? Какие потери дельта-v следует учитывать?

Ресурсы (книги, документы и т. д.), которые добавляют больше информации к ответам, приветствуются.

Это зависит от того, насколько точным вы хотите сделать расчет и сколько информации вы можете найти о ракете. Некоторые другие моменты, которые следует учитывать в дополнение к разнице давления воздуха, влияющей на характеристики двигателя, включают: аэродинамику самой ракеты и изменение сопротивления воздуха с высотой, широту и высоту стартовой площадки, направление запуска, гравитационные потери и дросселирование вниз, как во избежание динамического напряжения при Qmax, так и позже во избежание чрезмерных перегрузок. Но это не ракетостроение… нет, подождите…

Ответы (2)

Уравнение ракеты предназначено для работы с постоянным удельным импульсом. Если вы хотите остаться с уравнением ракеты, вы можете «разбить» любую ступень на более «виртуальные» ступени (где начальная масса следующей ступени равна произвольно выбранной сухой массе предыдущей), найти, какое значение дельта-V вам нужно. необходимо достичь примерно 10-километровой высоты и соответственно создать «виртуальную» стадию, применяя ISp на уровне моря для этой части, а затем вакуумировать для остальных стадий. Если вам нужен более точный результат, вы разделите этапы на бесконечное количество частей с помощью исчисления и интегрируете с переменным удельным импульсом, изменяющимся с атмосферным давлением.

Что касается внешних сил, то сначала вы вычисляете дельта-V, как будто их не существует, а затем добавляете потери, которые они причиняют, к вашему требуемому бюджету: чтобы достичь Земли на НОО, вам нужно более 9 км/с дельта-V, даже если вы только достигают скорости около 8 км/с, лишний 1 км/с поглощается атмосферными и гравитационными потерями.

Было бы неправильно использовать удельный импульс вакуума (ivac) для нижних ступеней, а затем добавить потери на сопротивление и силы тяжести после расчета delta-v? Причина, по которой я спрашиваю об этом, заключается в том, что, например, читая руководство пользователя Vega, единственной информацией, которую я нашел, были ivac для всех этапов. Вот ссылка на мануал.
@Miguel Удельная потеря импульса (из-за меньшего перепада давления между камерой сгорания и снаружи) отделена от потерь на сопротивление и силы тяжести. Единственная проблема с использованием вакуумного ISp на раннем этапе заключается в том, что потребление топлива (и, следовательно, изменение массы) является самым большим на раннем этапе, поэтому довольно небольшие ошибки на раннем этапе могут резко изменить дельта-v. Это короткий отрезок полета, но очень впечатляющий.

Здесь вы спрашиваете, как учитывать переменные потери, такие как потеря силы тяжести, аэродинамические силы и потеря ISP на уровне моря. Все это зависит от конкретного профиля полета вашей ракеты. Например, ракеты с высоким отношением тяги к весу будут испытывать меньшие потери из-за силы тяжести, но гораздо большие потери из-за сопротивления воздуха. Отношение тяги к весу также определяет, сколько времени вы проводите в нижних слоях атмосферы, что меняет средний удельный импульс в течение всего полета.

Вот совок:
Delta V может быть очень полезен для расчетов орбиты в дальнем космосе, но при работе с выходом на орбиту он не очень полезен. Если все, что у вас есть, это числа дельта V, вы можете сделать приблизительное предположение, что вы можете достичь низкой орбиты с топливом <10 км/с.

Надеюсь это поможет!

Удельный импульс и дельта-v в ракетном уравнении Циолковского
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v