Всё о соплах

[Dachnik]

Красиво и просто получается оформление текстов и формул в Пэйнте. Не хотят местные осваивать его.
Но один вопрос.
У Вас в критическом сечении давление нулевое. А дальше масса 2,7 т/сек сама летит.
Откуда тяга добавляется, если силы пихающей эту массу нет.
F вроде = m*a
Повторяю.
Вектор скорости этой массы меняет по направлению к оси Х конфигурация сопла.
А это значит центростремительной силой, адекватной центробежной.
Это я и показываю на рисунке насадки.

[Lons]

Но если по срезу сопла площадью 0,65 кв.м. будет минус, например 0,5 кг/кв.см = то будет тормозная сила 5*0,65=3,25 тс
Если на выходе из КС давление уже ноль, то далее по сечению сопла тем более будет ноль, скорость истечения газа увеличивается.
За счет чего насадка будет увеличивать силу тяги, если не за счет центробежной силы.
А где посмотреть вашу простую формулу.

     Дак она же ОЧЕВИДНА: площадь критики умножить на давление в КС.
 Насадка увеличивает силу тяги, как вы образно выразились, за счёт "парусности" при расширении в стороны вырвавшихся из критического сечения раскалённых газов.

[Lons]

  Напоминаю, Lons интересовался — что обозначают площади A_e/A_t? На эскизе хорошо видно: A_e — площадь выхода, A_t — площадь глотки.

Теперь понял. А то я, было, засомневался откуда у F-1 могут быть такие соотношения? У него отношение  площади сечения КС к  площади критики (от чего прямо зависит скорость истчения) всего каких-то 1,2.

[Dachnik]

     Дак она же ОЧЕВИДНА: площадь критики умножить на давление в КС.
 Насадка увеличивает силу тяги, как вы образно выразились, за счёт "парусности" при расширении в стороны вырвавшихся из критического сечения раскалённых газов.

Формула не простая, а шибко упрощенная. Вы рассматриваете статику, когда в КС давление 70 атм, а в сечении нуль.
 А сопротивление "дырки" продувки через нее такой массы газа да с такой скоростью.
Давление в струе газа уменьшается по мере расширения ее в насадке сопла.
Площадь насадки сопла на выходе 3,14*3,5² = 38 м²
Делим на площадь критики 38/0,65 = 58
Упрощенно можно сказать, что давление на выходе 70/38 = 1,8 атм.
Я не вижу принципиальных ошибок в изложенном.

[Ost]

У Вас в критическом сечении давление нулевое. А дальше масса 2,7 т/сек сама летит.
Откуда тяга добавляется, если силы пихающей эту массу нет.
F вроде = m*a
Повторяю.
Вектор скорости этой массы меняет по направлению к оси Х конфигурация сопла.
А это значит центростремительной силой, адекватной центробежной.
Это я и показываю на рисунке насадки.

В критическом сечении давление не может быть нулевое, так как внутренняя энергия газа не равна нулю, газ горячий по определению.
При заданной плотности потока температура однозначно определяет давление газа, как и в статическом случае.
В "Пихающей" силе нет необходимости. Любой элементарный объём газа может расширяться, если в нем давление больше, чем в прилегающих рядом объёмах, расталкивая их в стороны.
При расширении (сжатии) элементарные объёмы газа взаимодействуют между собой или стенками сопла и каждый получает свою долю импульса этого взаимодействия пропорциональную градиенту давления.
После критического сечения газ принципиально "не знает" о процессах в камере сгорания, так как движется со сверхзвуковой скоростью. Против течения импульс взаимодействия не распространяется, но он распространяется поперёк течения и в его направлении, образуя конус в пределах которого возможно взаимодействие. Угол этого конуса для реальных потоков всегда больше чем у сопла. Газ просто расширяется в направлении возможного движения и давит на стенки сопла, так как они мешают его движению во все стороны, и не более того.

[Lons]

Формула не простая, а шибко упрощенная.

Да, конечно.

Вы рассматриваете статику, когда в КС давление 70 атм, а в сечении нуль.
 А сопротивление "дырки" продувки через нее такой массы газа да с такой скоростью.

Я брал 75 атм. Сопротивление дырки равно давлению на кольцевую область задней стенки КС, они взаимно компенсируются.

В критическом сечении давление не может быть нулевое,

  По-моему, имеется в виду нулевое противодавление окружающей среды.

После критического сечения газ принципиально "не знает" о процессах в камере сгорания, так как движется со сверхзвуковой скоростью. Против течения импульс взаимодействия не распространяется, но он распространяется поперёк течения и в его направлении, образуя конус в пределах которого возможно взаимодействие. Угол этого конуса для реальных потоков всегда больше чем у сопла. Газ просто расширяется в направлении возможного движения и давит на стенки сопла, так как они мешают его движению во все стороны, и не более того.

Dachnik очень удачно назвал характер взаимодействия расширяющейся струи со стенками сопла ПАРУСНОСТЬЮ. Она-то и даёт добавок силе тяги.

[Вашкевич Виктор]

             [.................................]

  По-моему, имеется в виду нулевое противодавление окружающей среды. Dachnik очень удачно назвал характер взаимодействия расширяющейся струи со стенками сопла ПАРУСНОСТЬЮ. Она-то и даёт добавок силе тяги.

А почему эта пресловутая "парусность" не задействована в самолетных двигателях?

[Мастеров АВ]

Три тонны в секунду сгорает!
Это очень круто.

[Мастеров АВ]

Из этого графика следует, что начальная скорость ракеты должнв быть четыре маха.

Это возможно реализовать в Индии или в Чили.
Там есть горы, где в ущелье можно построить елезобетонную трубу, которая может стать стартовой пушкой.
Т.е., откачиваем воздух из трубы и в вакууме разгоняем на электромагнитной подушке, и на высоте пяти километров выстреливаем.

Четыре маха, это (примерно) 1400м/с.

А вот из этого графика следует, что такую скорость ракета набирает за первые две минуты полёта.


А вот из этого следует, что за первые две минуты ракета расходует половину своего веса:


Т.е., ракета в трубе может быть вдвое легче (и вдвое дешевле) при сохранении остальных параметров.

Однако, вот из этого графика следует, что ракета за первые две минуты успевает подняться на высоту 30км.


А пушка выстрелит на высоте порядка пяти километров.
Полминуты  (секунд 20) будет добираться ракета до этой высоты.

А вот из этого графика следует, что ускорение (перегрузка на космонавтов в три жэ) возникает лишь перед отделением первой ступени.  (А до этого момента и после - меньше.)

В трубе же можно реализовать три жэ на всей протяженности трубы.
Тогда каждый километр трубы будет давать 1000м х 30м/с² = 30000м/с = 88 махов
Столько не нужно.
Это значит, что можно разгонять и с меньшим ускорением, а это значит, что снижаются требования к здоровью космонавтов и требования к прочности корпуса ракеты снижаются тоже. Ракета может быть более лёгкой и нести больше полезного груза.

[Вашкевич Виктор]

Три тонны в секунду сгорает!
Это очень круто.

Ну дык! Дела белогвардейщины


http://www.ihst.ru/~akm/ruk.htm


                РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
 
 
Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения
космического пространства
 
Академик В.П.Легостаев - председатель

Руководитель Федерального космического агентства В.А.Поповкин - сопредседатель
Академик В.А.Садовничий - зам. председателя
Академик И.Б.Федоров  - зам. председателя
Ректор МГТУ им. Н.Э.Баумана – А.А.Александров
С.н.с. А.К.Медведева – координатор
 
Контактные данные:
Адрес: Москва, 103012, Старопанский пер. д. 1/5, ИИЕТ РАН. Медведева А.К.
Телефон: 499-147-87-41
Электронная почта: akmedvedeva@yandex.ru
 

Комиссия по космонавтике создана в 1978 году,
и с тех пор уже 35 лет только что и делает -
тиражирует  передраную Королевым ракету фон Брауна.

[Вашкевич Виктор]

Из этого графика следует, что начальная скорость ракеты должнв быть четыре маха.
img]http://i078.radikal.ru/1301/cf/96f858b0a69d.png[/img]
Это возможно реализовать в Индии или в Чили.
Там есть горы, где в ущелье можно построить елезобетонную трубу, которая может стать стартовой пушкой.
Т.е., откачиваем воздух из трубы и в вакууме разгоняем на электромагнитной подушке, и на высоте пяти километров выстреливаем.

Во! И тебя бы в эту пушку и выстрелить - чтоб и не возвращался.

[Dachnik]

Во! И тебя бы в эту пушку и выстрелить - чтоб и не возвращался.

Не. Как только освоит школьный учебник по физике, так пущай возвращается. А то пишет он.
Тогда каждый километр трубы будет давать 1000м х 30м/с² = 30000м/с = 88 махов
Но  1000м х 30м/с² = 30000м²/с²
Тогда он сокращает двоечку в числителе и знаменателе и получает
30000 м²/сек² = 30 км/сек Это скорость Земли вокруг Солнца.
А вторая космическая (чтоб сразу на Луну)  11,2 км/сек
Да, тут уж точно, дело мастера боится &/

[Вашкевич Виктор]

Не. Как только освоит школьный учебник по физике, так пущай возвращается. А то пишет он.
Тогда каждый километр трубы будет давать 1000м х 30м/с² = 30000м/с = 88 махов
Но  1000м х 30м/с² = 30000м²/с²
Тогда он сокращает двоечку в числителе и знаменателе и получает
30000 м²/сек² = 30 км/сек Это скорость Земли вокруг Солнца.
А вторая космическая (чтоб сразу на Луну)  11,2 км/сек
Да, тут уж точно, дело мастера боится &/

Да как же он возвратится?
Это в горах Марса придется такую же пушку строить для возвращения? А как?
Нет уж, улетел так улетел, - о возвращении пусть и не мечтает.

[Мастеров АВ]

А может быть вообще обходиться без реактивных двигателей, если в трубе можно разогнать до любой космической скорости (до первой, второи или третьей).

[Вашкевич Виктор]

А может быть вообще обходиться без реактивных двигателей, если в трубе можно разогнать до любой космической скорости (до первой, второи или третьей).

Да-да! Прицелился, разогнался,  и адью!
И так всю белогвардейщину без возврата.

[Lons]

А почему эта пресловутая "парусность" не задействована в самолетных двигателях?

Патамушта самолёты хоть и сами летают, но питаются воздухом.

[Dachnik]

А почему эта пресловутая "парусность" не задействована в самолетных двигателях?

Принцип парусности как движителя перешел к самолетным крыльям и к насадкам на камеры сгорания.
Парусники так парус крылом и называют.

[Вашкевич Виктор]

Принцип парусности как движителя перешел к самолетным крыльям и к насадкам на камеры сгорания.
Парусники так парус крылом и называют.

Именно так! Где скорость выше, там давление меньше.
И если для крыла эта сила проявляется как подъемная сила,
то для сопла - как тормозящая сила, направленная против движения ракеты:
Цитирую себя из другой темы:

Тут на днях я постил схемку одного двоешника:

http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/6866/%D0%A0%D0%90%D0%9A%D0%95%D0%A2%D0%90




ИЛЛЮСТРАЦИЯ СОЗДАНИЯ ТЯГИ реактивным двигателем. Величина тяги F определяется уравнением

F = mVe + Ae(pe - pa).
Здесь m - секундный расход газообразных продуктов сгорания, Ve и pe - скорость и давление газов на срезе сопла соответственно, Ae - площадь выходного сечения сопла, pa - внешнее (атмосферное) давление, Aкр - площадь критического сечения сопла.


Схема вызывает недоумения. Что за двоешник ее рисовал?
Почему сила тяги F направлена против направления движения ракеты?

Почему -   pa - внешнее (атмосферное) давление -
нарисовано  действующим на внутреннюю поверхности конуса?

Если эту схему двоешника исправить, то она должна выглядеть так:




Тут сила тяги определится как произведение давления в камере сгорания на площадь сопла.

               F_тяги = p_kA_kp
А  возникающая в сопле  сила торможения определится как разность сил обусловленных
давлением струи газа на внутреннюю сторону конуса и силой, обусловленной  атмосферным
давлением  на внешнюю поверхность конуса.

              F_торм = A_e(p_e - p_a)

Вот на эту силу, возникающую при взлете ракеты в  атмосфере,
советских инженеров и развела американская разведка.

[Вашкевич Виктор]

Патамушта самолёты хоть и сами летают, но питаются воздухом.

А соплу пофигу, что чем питается.
Ему важно, какова  скорость газов, омывающих поверхность.
Где скорость выше, там давление меньше.
Для конической насадки это создают силу, направленную против движения.
Почему советские инженеры ставили тормоз на ракеты?

[Lons]

Почему советские инженеры ставили тормоз на ракеты?

   Патамушта не догадались к соплу латунный жбан присобачить, пока ещё Латвия в составе Союза была.