Массовая доля топлива

Часть серии по
Астродинамика
Орбитальная механика
Орбитальные элементы Апсис Аргумент перицентра Эксцентриситет Наклон Средняя аномалия Орбитальные узлы Большая полуось Истинная аномалия
Типы двухчастичных орбит по эксцентриситету Круговая орбита Эллиптическая орбита Переходная орбита ( Переходная орбита Хомана Биэллиптическая переходная орбита ) Параболическая орбита Гиперболическая орбита Радиальная орбита Затухающая орбита
Уравнения Динамическое трение Скорость убегания Уравнение Кеплера Законы движения планет Кеплера Орбитальный период Орбитальная скорость Поверхностная гравитация Удельная орбитальная энергия Уравнение Vis-viva
Небесная механика
Гравитационные воздействия Барицентр Сфера холма Возмущения Сфера влияния
N-тела орбиты Лагранжевые точки ( Орбиты гало ) Орбиты Лиссажу Ляпуновские орбиты
Инженерия и эффективность
Предполетная инженерия Соотношение масс Доля полезной нагрузки Массовая доля топлива Уравнение ракеты Циолковского
Меры эффективности Помощь гравитации Эффект Оберта
v т е

В аэрокосмической технике , то пропеллент массовая доля представляет собой часть массы транспортного средства , который не доходит до места назначения, обычно используется как мера производительности транспортного средства. Другими словами, массовая доля пороха - это соотношение между массой пороха и начальной массой транспортного средства. В космическом корабле местом назначения обычно является орбита, в то время как для самолетов это место приземления. Более высокая массовая доля означает меньший вес конструкции. Другой связанный показатель - это доля полезной нагрузки , которая представляет собой долю полезной нагрузки от начального веса. Его можно применить к транспортному средству, ступени транспортного средства или к ракетной двигательной установке.

Формулировка [ править ]

Массовая доля пороха определяется по формуле:

${\displaystyle {\begin{aligned}\zeta &={\frac {m_{\text{p}}}{m_{0}}}\\[3pt]&={\frac {m_{0}-m_{\text{f}}}{m_{0}}}={\frac {m_{\text{p}}}{m_{\text{p}}+m_{\text{f}}}}\\&=1-{\frac {m_{\text{f}}}{m_{0}}}\end{aligned}}}$

Где:

${\displaystyle \zeta }$ - массовая доля пороха

${\displaystyle m_{0}=m_{\text{f}}+m_{\text{p}}}$ начальная масса автомобиля

${\displaystyle m_{\text{p}}}$ это масса пороха

${\displaystyle m_{\text{f}}}$ конечная масса автомобиля

Значение [ править ]

В ракетах для заданной целевой орбиты массовая доля ракеты - это часть массы до запуска ракеты (полностью заправленной), которая не достигает орбиты. Массовая доля топлива - это отношение количества топлива к общей массе транспортного средства на взлете (топливо плюс масса сухого топлива). В случае одноступенчатого орбитального корабля (SSTO) или суборбитального корабля массовая доля равна массовой доле топлива; просто масса топлива, деленная на массу всего космического корабля. Ракета с постановкой, которые являются единственными проектами, достигшими орбиты, имеют массовую долю выше, чем массовая доля топлива, потому что части самой ракеты сбрасываются в пути. Массовая доля пороха обычно составляет от 0,8 до 0,9.

В самолетах массовая доля связана с дальностью полета, самолет с более высокой массовой долей может лететь дальше. Массовая доля самолета обычно составляет около 0,5.

Применительно к ракете в целом желательна низкая массовая доля, поскольку она указывает на большую способность ракеты доставлять полезную нагрузку на орбиту при заданном количестве топлива. И наоборот, применительно к одноступенчатой ​​установке, где расчет массовой доли ракетного топлива не включает полезную нагрузку, более высокая массовая доля топлива соответствует более эффективной конструкции, поскольку имеется меньшая масса не ракетного топлива. Без использования ступенчатости конструкции SSTO обычно рассчитаны на массовые доли около 0,9. Постановка увеличивает долю полезной нагрузки , что является одной из причин, по которым создание SSTO затруднительно.

Например, полная система космического корабля "Шаттл" имеет: ^[1]

• заправленная масса на старте: 1708,500 кг
• Сухая масса на старте: 342 100 кг

Учитывая эти числа, массовая доля пороха составляет .${\displaystyle 1-(342,100{\text{ kg}}/1,708,500{\text{ kg}})=0.7998}$

Массовая доля играет важную роль в уравнении ракеты :

${\displaystyle \Delta v=-v_{\text{e}}\ln {\frac {m_{\text{f}}}{m_{0}}}}$

Где - отношение конечной массы к начальной массе (т. Е. Единица минус массовая доля), - это изменение скорости транспортного средства в результате сжигания топлива и - эффективная скорость выхлопа (см. Ниже).${\displaystyle m_{\text{f}}/m_{0}}$${\displaystyle \Delta v}$${\displaystyle v_{\text{e}}}$

Термин эффективная скорость выхлопа определяется как:

${\displaystyle v_{\text{e}}=g_{\text{n}}I_{\text{sp}}}$

где I _sp - удельный импульс топлива в секундах, а g _n - стандартное ускорение свободного падения (обратите внимание, что это не локальное ускорение свободного падения).

Чтобы совершить механическую посадку с орбиты на небесное тело без атмосферы, требуется такое же уменьшение массы, как и при достижении орбиты с его поверхности, если скорость, с которой достигается поверхность, равна нулю.

См. Также [ править ]

• Топливная фракция
• Соотношение масс

Ссылки [ править ]