Niuton ciągu
Niuton to siła, która w ciągu sekundy rozpędza kilogram do metra na sekundę. Jabłko o masie około 100 gramów naciska na dłoń z siłą jednego niutona. Silnik rakietowy wyrzuca setki kilogramów gazu na sekundę z prędkością 3–4 km/s i uzyskuje ciąg milionów niutonów — meganiutonów.
Ciąg składa się z dwóch członów: pędu strugi ṁ·vₑ i różnicy ciśnień na wylocie dyszy. Dlatego ten sam silnik przy ziemi ciągnie słabiej niż w próżni, a kształt dyszy decyduje, gdzie pracuje lepiej. Rakieta startuje tylko wtedy, gdy ciąg jest większy od ciężaru; ich stosunek to stosunek ciągu do ciężaru.
| Oznaczenie | N · kN · MN |
| Definicja | 1 N = 1 kg·m/s² — z drugiej zasady dynamiki Newtona F = ma |
| Ciąg | F = ṁ·vₑ + (pₑ − pₐ)·Aₑ |
| Dawne jednostki | 1 kgf = 9,80665 N · 1 tf = 9,807 kN · 1 lbf = 4,448 N |
| Start | stosunek ciągu do ciężaru F / mg większy od 1 · u rakiet na starcie 1,2–1,6 |
| Typowe wartości | jabłko — 1 N · silnik lotniczy — setki kN · silnik na paliwo ciekłe — około 2 MN · ciężka rakieta — 30–70 MN |
01 · Definicja
Siła, pęd strugi i ciśnienie na wylocie
Druga zasada dynamiki Newtona: siła równa się masie pomnożonej przez przyspieszenie. Niuton to siła, przy której kilogram uzyskuje przyspieszenie 1 m/s². Silnik odpycha się od własnej strugi: co sekundę wyrzuca masę ṁ z prędkością vₑ i otrzymuje siłę ṁ·vₑ — zgodnie z trzecią zasadą.
Drugi człon to ciśnienie. Jeśli gaz na wylocie dyszy naciska mocniej niż powietrze, jeszcze pcha; jeśli słabiej, powietrze ściska strugę i odbiera ciąg. Długa dysza mocniej rozpędza gaz i dobrze pracuje w próżni, ale przy ziemi przegrywa. Krótka — odwrotnie. Impuls właściwy Isp to ciąg na ciężar zużywanego paliwa na sekundę, w sekundach: im wyższy, tym oszczędniejszy silnik.
Ile niutonów trzeba, żeby wystartować
Wybierz, co podnieść, i ustaw ciąg — skala jest logarytmiczna, od 0,1 N do 100 MN. Ciężar to siła ciężkości mg. Start następuje, gdy ciąg jest większy od ciężaru.
Garaż: zbuduj rakietę z części
Rakieta stoi w hali montażowej. Każda część zmienia masę, opór powietrza i ciąg: owiewka — kształt nosa, kadłub — średnicę zbiorników i liczbę silników, które się zmieszczą, usterzenie — stateczność przy max-Q, silnik i dysza — ciąg i impuls właściwy. Ostatnio zmieniona część jest podświetlona. Po prawej — masa według części, stosunek ciągu do ciężaru i zapas prędkości. Gdy rakieta jest gotowa — «Wywieź na start».
Zbuduj rakietę — i zobacz, czy wystartuje
Rakietę buduje się w garażu powyżej: owiewka, kadłub, usterzenie, silniki, dysza, paliwo i ładunek. Na stół wyjeżdża to, co zbudowano. Główna akcja to «Start»: odliczanie, zapłon, oderwanie, bariera dźwięku, maksymalne ciśnienie dynamiczne, wyłączenie silników i lot bezwładny do najwyższego punktu. W garażu można dodać drugi stopień i włączyć «Zwrot na orbitę»: po oderwaniu rakieta pochyla się ku horyzontowi, pierwszy stopień się odłącza, drugi nabiera około 7,8 km/s w poziomie — i jeśli perygeum jest wyżej niż 160 km, rakieta jest na orbicie. Bez zwrotu lot jest pionowy, jak u rakiety sondażowej. Pierwsze sekundy płyną powoli, dalej lot jest przyspieszony; suwak pod sceną go przewija. Po prawej — dysza w przekroju: ciśnienie na wylocie kontra ciśnienie na zewnątrz, od nich zależą kształt strugi i ciąg.
—
02 · Przeliczanie
| {n} | {v} | {note} |
Szybki rachunek: tona-siła to prawie 10 kN, sto ton ciągu — około 1 MN. Dokładniej — pomnożyć przez 9,807.
Silniki amerykańskie często opisuje się w funtach-siłach: milion lbf to 4,45 MN.
03 · Rzędy wielkości
04 · Przyrządy pomiarowe
05 · Zasady zapisu
06 · Jednostki sąsiednie
07 · Dział historyczny
Niuton to jednostka pochodna SI: kilogram, metr i sekunda. Od 2019 roku kilogram jest zdefiniowany przez stałą Plancka, więc niuton opiera się na niej również. Wzorce siły to maszyny obciążające czujnik znanymi odważnikami w znanym polu grawitacyjnym; największe utrzymują kilka meganiutonów.
Ciąg silnika rakietowego nie jest stałą z tabliczki znamionowej. Zależy od ciśnienia na zewnątrz, dlatego w danych podaje się dwie liczby: na poziomie morza i w próżni. Dawne poradniki podawały ciąg w tonach-siłach; według GOST 8.417 to jednostka pozaukładowa, którą przelicza się na niutony, mnożąc przez 9 807.
Katalog wielkości
cały indeks →Siedem jednostek podstawowych SI
Kropla kwasu zmienia kolor soku, sól barwi płomień, woda zamarza od stuknięcia. Pod nimi wszystkie karty Simetrium według dziedzin i alfabetycznie.
Otwórz indeks →