A tolóerő newtonja
A newton az az erő, amely egy kilogrammot egy másodperc alatt egy méter per szekundumra gyorsít. Egy körülbelül 100 grammos alma egy newton erővel nyomja a tenyeret. A rakétahajtómű másodpercenként több száz kilogramm gázt lövell ki 3–4 km/s sebességgel, és milliónyi newton tolóerőt kap — meganewtonokat.
A tolóerő két tagból áll: a sugár impulzusából, ṁ·vₑ, és a fúvókakilépésnél fellépő nyomáskülönbségből. Ezért ugyanaz a hajtómű a talajnál gyengébben tol, mint vákuumban, a fúvóka alakja pedig eldönti, hol működik jobban. A rakéta csak akkor emelkedik fel, ha a tolóerő nagyobb a súlynál; a kettő aránya a tolóerő-súly arány.
| Jelölés | N · kN · MN |
| Meghatározás | 1 N = 1 kg·m/s² — Newton második törvénye szerint, F = ma |
| Tolóerő | F = ṁ·vₑ + (pₑ − pₐ)·Aₑ |
| Régi egységek | 1 kgf = 9,80665 N · 1 tf = 9,807 kN · 1 lbf = 4,448 N |
| Felszállás | tolóerő-súly arány F / mg nagyobb 1-nél · rakétáknál indításkor 1,2–1,6 |
| Jellemző értékek | alma — 1 N · repülőgép-hajtómű — több száz kN · folyékony hajtóanyagú rakétahajtómű — kb. 2 MN · nehéz rakéta — 30–70 MN |
01 · Meghatározás
Erő, a sugár impulzusa és a nyomás a kilépésnél
Newton második törvénye: az erő a tömeg és a gyorsulás szorzata. A newton az az erő, amelytől egy kilogramm 1 m/s² gyorsulást kap. A hajtómű a saját sugarától rugaszkodik el: másodpercenként ṁ tömeget lövell ki vₑ sebességgel, és ṁ·vₑ erőt kap — a harmadik törvény szerint.
A második tag a nyomás. Ha a gáz a fúvóka kilépésénél erősebben nyom, mint a levegő, még tovább tol; ha gyengébben, a levegő összeszorítja a sugarat, és tolóerőt vesz el. A hosszú fúvóka jobban gyorsítja a gázt, és vákuumban jól működik, de a talajnál veszít. A rövid épp fordítva. A fajlagos impulzus, Isp, a tolóerő és a másodpercenként elhasznált hajtóanyag súlyának hányadosa, másodpercben: minél nagyobb, annál takarékosabb a hajtómű.
Hány newton kell a felszálláshoz
Válassza ki, mit emeljen, és állítsa be a tolóerőt — a skála logaritmikus, 0,1 N-tól 100 MN-ig. A súly a nehézségi erő, mg. Felszállás akkor van, ha a tolóerő nagyobb a súlynál.
Garázs: rakjon össze rakétát alkatrészekből
A rakéta a szerelőcsarnokban áll. Minden alkatrész változtat a tömegen, a légellenálláson és a tolóerőn: az orrkúp az orr alakján, a törzs a tartályok átmérőjén és azon, hány hajtómű fér el, a vezérsíkok a stabilitáson max-Q idején, a hajtómű és a fúvóka a tolóerőn és a fajlagos impulzuson. Az utoljára cserélt alkatrész ki van emelve. Jobbra: tömeg részenként, tolóerő-súly arány és sebességtartalék. Ha a rakéta kész — «Ki az indítóállásra».
Rakja össze a rakétát — és nézze meg, felszáll-e
A rakétát a fenti garázsban szerelik össze: orrkúp, törzs, vezérsíkok, hajtóművek, fúvóka, hajtóanyag és teher. Az asztalra az kerül, amit összeraktak. A fő művelet az «Indítás»: visszaszámlálás, gyújtás, elemelkedés, hangsebesség, maximális dinamikus nyomás, a hajtóművek leállítása és szabad repülés a csúcspontig. A garázsban második fokozat is hozzáadható, és bekapcsolható a «Fordulás pályára»: elemelkedés után a rakéta a horizont felé dől, az első fokozat leválik, a második oldalirányban kb. 7,8 km/s sebességet gyűjt — és ha a perigeum 160 km felett van, a rakéta pályán van. Fordulás nélkül a repülés függőleges, mint egy geofizikai rakétáé. Az első másodpercek lassan telnek, utána a repülés gyorsítva fut; a jelenet alatti csúszkával tekerhető. Jobbra a fúvóka metszete: a kilépő nyomás a külső nyomással szemben — ezektől függ a sugár alakja és a tolóerő.
—
02 · Átszámítás
| {n} | {v} | {note} |
Gyors számolás: egy tonna-erő majdnem 10 kN, száz tonna tolóerő kb. 1 MN. Pontosabban: szorozzunk 9,807-tel.
Az amerikai hajtóműveket gyakran font-erőben adják meg: egymillió lbf 4,45 MN.
03 · Nagyságrendek
04 · Mérőeszközök
05 · Írásszabályok
06 · Szomszédos egységek
07 · Történeti rész
A newton származtatott SI-egység: kilogramm, méter és másodperc. 2019 óta a kilogrammot a Planck-állandó rögzíti, így a newton is erre támaszkodik. Az erőetalonok olyan gépek, amelyek ismert nehézségi térben ismert súlyokkal terhelik az érzékelőt; a legnagyobbak több meganewtont is kifejtenek.
A rakétahajtómű tolóereje nem katalógusbeli állandó. A külső nyomástól függ, ezért az adatlapokon két számot adnak meg: tengerszinten és vákuumban. A régi kézikönyvek a tolóerőt tonna-erőben adták meg; a GOST 8.417 szerint ez SI-n kívüli egység, newtonra 9 807-tel szorozva váltják át.
Mennyiségek katalógusa
a teljes mutató →Az SI hét alapegysége
Egy csepp sav megváltoztatja a lé színét, a só megfesti a lángot, a víz egy koppintásra megfagy. Alattuk a Simetrium összes lapja, szakterület és ábécé szerint.
A mutató megnyitása →