Влияние силы земного тяготения

Рассмотрим простейшую задачу. Определим скорость геофи­зической ракеты, стартующей с Земли и совершающей полет по вертикали. Аэродинамическое сопротивление пока не будем рас­сматривать и ограничимся к тому же высотой подъема, в пре­делах которой ускорение тяготения g0 можно считать постоян­ным.

В заданных условиях потеря скорости на земное тяготение очевидна. Она равна скорости, которую приобретает свободно падающее тело за время t, т. е. g0t, и тогда

В момент выключения двигателя скорость ракеты будет

(1.16)

где tк — время, прошедшее с момента старта до выключения двигателя.

Рассматривая это выражение, можно сделать простой, но до­статочно важный вывод. Если в рассмотренных ранее идеальных условиях полета конечная скорость ракеты не зави­сит от режима расхода топлива, т. е. от времени работы двигателя и определяется лишь отношением конечной и начальной масс ракеты, то при движении в поле тяготения скорость ракеты зависит еще и от того, на сколько быстро расходуется топливо. Чем быстрее выгорит топливо, тем меньше будет время tк, тем меньше будут потери скорости на земное тяготение.

Здесь нельзя не заметить сходства с движением лодки против течения. Чтобы выйти из стремнины, надо грести очень энергично. Если не приложить достаточных усилий, то на спокойную воду можно и вовсе не выплыть. Того же можно ожидать и от ракеты. Если расход мал и тяга недостаточна, ракета так и не оторвется от стартового устройства до тех пор, пока ее посте­пенно уменьшающийся вес не сравняется со стартовой тягой.

Идеальная скорость многоступенчатой ракеты, как мы уже видели, также не зависит от времени расходования топлива; и никакого влияния на идеальную конечную скорость не оказы­вает также и время, истекшее от момента сброса блоков преды­дущей ступени до включения двигателя последующей ступени. Но в условиях действия сил тяготения перерыв между выключе­нием и включением двигателей приводит, очевидно, к дополни­тельным потерям скорости.

Из всего сказанного можно сделать не вызывающий сомнений вывод. Чтобы уменьшить потери скорости на тяготение, следует сократить время работы двигателя tк, т. е. быстрее сжечь весь запас топлива. Для этого надо увеличить расход. Но тогда воз­растет тяга, а ее относительная величина характеризуется уже знакомым нам параметром тяговооруженности или обратной ей величиной стартовой нагрузки на тягу (1.15)

где g0 и ро — соответственно стартовый вес и стартовая тяга. Значит, параметр v0 представляет собой меру длительности ра­боты двигателя и меру потерь на тяготение. С уменьшением v0 потери на тяготение снижаются, но, к сожалению, возрастают потери иного рода.

Увеличение расхода и соответственно тяги приводит к увели­чению размеров и веса двигательной установки. В результате при неизменном полезном грузе возрастает относительный вес µk и уменьшается идеальная скорость, т. е. первое слагаемое в вы­ражении (1.16). Но это еще не все. При большой тяге возрастает ускорение, и растут инерционные перегрузки. Это вызывает до­полнительные заботы о прочности ракеты. Конструкцию надо усиливать, и ее вес опять же увеличивается. Высокая скорость, набранная ракетой сразу же в плотных слоях атмосферы, приве­дет к увеличению аэродинамического сопротивления. Возрастет аэродинамическая составляющая потерь. И, наконец, полет с большой скоростью в плотных слоях атмосферы связан с дополнительным нагревом конструкции. Механические характеристики легких конструкционных материалов при этом сни­жаются — отсюда новые заботы о прочности и дополнитель­ный вес.

Такого рода наглядные зависимости, когда с изменением па­раметра одни потери снижаются, а другие возрастают, неизбеж­но толкают творческую мысль на поиск оптимальных решений, в данном случае — на выбор параметра v0. Но с этим-то как раз спешить и не следует. Зависимость между параметрами µк и v0 описана нами пока лишь как иллюстрация одной из сторон сложной взаимосвязи многих параметров, характеризующих ра­кету. Для задач оптимизации должна быть, прежде всего сформулирована и обоснована цель; не в одной скорости дело. А кроме того, в дополнение к µк и v0 необходимо рассмотреть и другие важные параметры, о чем мы сейчас и поговорим. Что же касается стартовой нагрузки на тягу v0, то пока можно сказать, что ее значение для стартующих с Земли ракет-носителей естественно должно быть меньше единицы; реально оно меняется в пределах 0,5—0,75. Для второй и третьей ступеней ракет-носи­телей v0 может оказаться и больше единицы. В этом нет пара­докса. В момент разделения ступеней ракета-носитель летит уже далеко не по вертикали, и составляющая веса вдоль вектора-скорости остается все равно меньше соответствующей состав­ляющей стартовой тяги ступени, хотя v0 и больше единицы.

Потери скорости на тяготение составляют основную часть потерь, отличающих реальные условия выведения ракеты от рассмотренных ранее идеальных условий полета. Однако имеют­ся еще и другие виды потерь.









Дата добавления: 2014-12-26; просмотров: 1164; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2020 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.006 сек.