Влияние аэродинамических сил и барометрического давления

В пределах атмосферного участка полета ракета испытывает действие аэродинамических сил. О них мы будем говорить под­робно в другой лекции. Сейчас же можно сказать только, что они слож­ным образом изменяются в зависимости от скорости полета, а также от формы внешних обводов ракеты. Основное влияние на скорость ракеты оказывает сила, направленная по касательной к траектории противоположно скорости. Это — сила лобового сопротивления. Она пропорциональна плотности воздуха и характерной площади, закоторую принимается обычно наибольшая площадь поперечного сечения ракеты. Ее называют площадью миделева сечения или просто — площадью миделя.

На стартовом участке полета скорость ракеты возрастает от нуля. Соответственно возникает и увеличивается лобовое сопро­тивление. Но с высотой уменьшается плотность воздуха. На высотах порядка 8—15 км лобовое сопротивление достигает своего максимального значения, а затем быстро падает до пренебре­жимо малого значения. С этого момента можно считать, что ра­кета вышла за пределы атмосферы.

Аэродинамические потери, будучи зависимыми, от скорости, зависят от всех факторов, влияющих на скорость, в частности от потерь на земное тяготение. Иначе говоря, за аэродинамиче­ское сопротивление мы платим больше или меньше, смотря по тому, сколь много потеряно на земном тяготении.

Несмотря на относительную сложность, задача оценки влия­ния аэродинамических сил на закон движения решается и точ­ными и приближенными методами. Однако, прежде чем расска­зать, как это делается, мы остановимся еще на некоторых обстоятельствах, которые заметно отличают реальные условия полета от рассмотренной идеальной схемы.

Скорость ракеты в идеальных условиях мы определяли через постоянную эффективную скорость истечения W_e (1.9), которая определяет и пустотную удельную тягу. Для рассматриваемого полета за пределами атмосферы это правильно. Но значитель­ная часть траектории располагается в пределах земной атмо­сферы, где удельная тяга ниже пустотной. Значит, необходимо учесть барометрическое давление p_h. Но сделать это с помощью приведенных ранее элементарных выкладок не удается. Баро­метрическое давление представляет собой функцию высоты, за­даваемую в табличной форме, а чтобы найти высоту, требуется еще раз проинтегрировать скорость.

Итак, мы упомянули три основные причины, по которым ус­ловия реального полета, а точнее, скорость полета, отличаются от идеальных. Это — земное тяготение, аэродинамическое сопро­тивление и снижение удельной тяги из-за барометрического дав­ления окружающей среды. Но этим отличия не исчерпываются. До сих пор мы рассматривали только прямолинейное движение ракеты, а в действительности ракета движется по криволиней­ной траектории.