Skyvekraft i newton
En newton er kraften som på ett sekund gir ett kilogram en fart på én meter per sekund. Et eple på rundt 100 gram trykker mot håndflaten med en kraft på én newton. En rakettmotor kaster ut hundrevis av kilogram gass i sekundet med en fart på 3–4 km/s og får en skyvekraft på millioner av newton — meganewton.
Skyvekraften består av to ledd: strålens impuls ṁ·vₑ og trykkforskjellen ved dyseutløpet. Derfor skyver den samme motoren svakere ved bakken enn i vakuum, og dysens form avgjør hvor den virker best. Raketten letter bare hvis skyvekraften er større enn tyngden; forholdet mellom dem er skyvekraft-vekt-forholdet.
| Betegnelse | N · kN · MN |
| Definisjon | 1 N = 1 kg·m/s² — etter Newtons andre lov F = ma |
| Skyvekraft | F = ṁ·vₑ + (pₑ − pₐ)·Aₑ |
| Gamle enheter | 1 kgf = 9,80665 N · 1 tf = 9,807 kN · 1 lbf = 4,448 N |
| Letting | skyvekraft-vekt-forhold F / mg over 1 · for raketter ved start 1,2–1,6 |
| Typiske verdier | eple — 1 N · flymotor — hundrevis av kN · væskerakettmotor — rundt 2 MN · tung rakett — 30–70 MN |
01 · Definisjon
Kraft, strålens impuls og trykket ved dyseutløpet
Newtons andre lov: kraft er masse ganger akselerasjon. En newton er kraften som gir ett kilogram akselerasjonen 1 m/s². Motoren skyver seg fra sin egen stråle: hvert sekund kaster den ut massen ṁ med farten vₑ og får kraften ṁ·vₑ — etter den tredje loven.
Det andre leddet er trykket. Hvis gassen ved dyseutløpet trykker sterkere enn luften, skyver den ekstra; hvis svakere, presser luften strålen sammen og tar skyvekraft. En lang dyse akselererer gassen mer og virker godt i vakuum, men taper ved bakken. En kort dyse er det motsatte. Spesifikk impuls Isp er skyvekraften delt på vekten av drivstoffet som brukes per sekund, i sekunder: jo høyere den er, desto mer økonomisk er motoren.
Hvor mange newton som trengs for å lette
Velg hva som skal løftes, og still inn skyvekraften — skalaen er logaritmisk, fra 0,1 N til 100 MN. Tyngden er tyngdekraften mg. Det letter når skyvekraften er større enn tyngden.
Monteringshall: bygg en rakett av deler
Raketten står i monteringshallen. Hver del endrer massen, luftmotstanden og skyvekraften: nesekåpen formen på nesen, skroget tankdiameteren og hvor mange motorer som får plass, finnene stabiliteten ved max-Q, motoren og dysen skyvekraften og den spesifikke impulsen. Delen som sist ble endret, er uthevet. Til høyre: masse fordelt på deler, skyvekraft-vekt-forhold og hastighetsreserve. Når raketten er klar — «Kjør ut til rampen».
Bygg en rakett — og se om den letter
Raketten bygges i monteringshallen over: nesekåpe, skrog, finner, motorer, dyse, drivstoff og last. Det som er bygd, rulles ut på rampen. Hovedhandlingen er «Start»: nedtelling, tenning, letting, lydmuren, maksimalt dynamisk trykk, motorstans og fri flukt opp til toppunktet. I hallen kan du legge til et andre trinn og slå på «Sving til bane»: etter lettingen legger raketten seg mot horisonten, første trinn skilles fra, og det andre bygger opp rundt 7,8 km/s sidelengs — og ligger perigeum over 160 km, er raketten i bane. Uten svingen er flukten loddrett, som for en sonderakett. De første sekundene går sakte, deretter går flukten raskere; glidebryteren under scenen spoler i den. Til høyre: dysen i snitt, trykket ved dyseutløpet mot trykket utenfor — de avgjør strålens form og skyvekraften.
—
02 · Omregning
| {n} | {v} | {note} |
Hoderegning: en tonnkraft er nesten 10 kN, hundre tonn skyvekraft rundt 1 MN. Mer nøyaktig — gang med 9,807.
Amerikanske motorer beskrives ofte i pundkraft: én million lbf er 4,45 MN.
03 · Størrelsesordener
04 · Måleinstrumenter
05 · Skriveregler
06 · Naboenheter
07 · Historisk del
Newton er en avledet SI-enhet: kilogram, meter og sekund. Siden 2019 er kilogrammet definert ved Plancks konstant, og newton hviler på den samme. Kraftnormaler er maskiner som belaster en sensor med kjente lodd i et kjent tyngdefelt; de største klarer flere meganewton.
Skyvekraften til en rakettmotor er ingen fast typeskiltverdi. Den avhenger av trykket utenfor, derfor oppgis to tall: ved havnivå og i vakuum. Gamle oppslagsverk oppga skyvekraft i tonnkraft; etter GOST 8.417 er det en enhet utenfor SI, som regnes om til newton ved å gange med 9 807.
Katalog over størrelser
hele registeret →De sju SI-grunnenhetene
En dråpe syre endrer saftens farge, salt farger flammen, vann fryser av et bank. Under dem alle Simetriums ark, etter fagområde og alfabetisk.
Åpne registeret →