นิวตันของแรงขับ
นิวตันคือแรงที่ทำให้มวลหนึ่งกิโลกรัมมีความเร็วเพิ่มขึ้นหนึ่งเมตรต่อวินาทีภายในหนึ่งวินาที แอปเปิลหนักราว 100 กรัมกดฝ่ามือด้วยแรงหนึ่งนิวตัน เครื่องยนต์จรวดพ่นแก๊สหลายร้อยกิโลกรัมต่อวินาทีด้วยความเร็ว 3–4 km/s และได้แรงขับหลายล้านนิวตัน — เป็นเมกะนิวตัน
แรงขับประกอบด้วยสองพจน์: โมเมนตัมของไอพ่น ṁ·vₑ และผลต่างความดันที่ปากหัวฉีด ดังนั้นเครื่องยนต์ตัวเดียวกันจึงมีแรงขับที่พื้นดินน้อยกว่าในสุญญากาศ และรูปทรงหัวฉีดเป็นตัวกำหนดว่ามันทำงานได้ดีที่ไหน จรวดจะทะยานขึ้นได้ก็ต่อเมื่อแรงขับมากกว่าน้ำหนัก อัตราส่วนของทั้งสองคืออัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนัก
| สัญลักษณ์ | N · kN · MN |
| นิยาม | 1 N = 1 kg·m/s² — ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน F = ma |
| แรงขับ | F = ṁ·vₑ + (pₑ − pₐ)·Aₑ |
| หน่วยเก่า | 1 kgf = 9.80665 N · 1 tf = 9.807 kN · 1 lbf = 4.448 N |
| ทะยานขึ้น | อัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนัก F / mg มากกว่า 1 · จรวดตอนออกตัวอยู่ที่ 1.2–1.6 |
| ค่าทั่วไป | แอปเปิล — 1 N · เครื่องยนต์อากาศยาน — หลายร้อย kN · เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว — ราว 2 MN · จรวดขนาดใหญ่ — 30–70 MN |
01 · นิยาม
แรง โมเมนตัมของไอพ่น และความดันที่ปากหัวฉีด
กฎข้อที่สองของนิวตัน: แรงเท่ากับมวลคูณความเร่ง นิวตันคือแรงที่ทำให้มวลหนึ่งกิโลกรัมมีความเร่ง 1 m/s² เครื่องยนต์ผลักตัวเองออกจากไอพ่นของมันเอง: ทุกวินาทีพ่นมวล ṁ ออกไปด้วยความเร็ว vₑ และได้แรง ṁ·vₑ ตามกฎข้อที่สาม
พจน์ที่สองคือความดัน หากแก๊สที่ปากหัวฉีดดันแรงกว่าอากาศ มันจะยังช่วยผลักต่อ หากอ่อนกว่า อากาศจะบีบไอพ่นและแย่งแรงขับไป หัวฉีดยาวเร่งแก๊สได้แรงกว่าและทำงานดีในสุญญากาศ แต่เสียเปรียบที่พื้นดิน หัวฉีดสั้นกลับกัน แรงดลจำเพาะ Isp คือแรงขับต่อน้ำหนักเชื้อเพลิงที่ใช้ต่อวินาที มีหน่วยเป็นวินาที: ยิ่งสูง เครื่องยนต์ยิ่งประหยัด
ต้องใช้กี่นิวตันจึงจะทะยานขึ้นได้
เลือกสิ่งที่จะยก แล้วตั้งแรงขับ — สเกลเป็นลอการิทึม ตั้งแต่ 0.1 N ถึง 100 MN น้ำหนักคือแรงโน้มถ่วง mg ทะยานขึ้นเมื่อแรงขับมากกว่าน้ำหนัก
โรงรถ: ประกอบจรวดจากชิ้นส่วน
จรวดตั้งอยู่ในอาคารประกอบ ชิ้นส่วนแต่ละชิ้นเปลี่ยนมวล แรงต้านอากาศ และแรงขับ: แฟริ่งกำหนดรูปทรงหัว ลำตัวกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางถังและจำนวนเครื่องยนต์ที่ใส่ได้ ครีบกำหนดเสถียรภาพที่ max-Q เครื่องยนต์และหัวฉีดกำหนดแรงขับและแรงดลจำเพาะ ชิ้นส่วนที่เปลี่ยนล่าสุดจะถูกไฮไลต์ ด้านขวาคือมวลแยกตามส่วน อัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนัก และความเร็วสำรอง เมื่อจรวดพร้อมแล้ว — «นำออกสู่ฐานปล่อย»
ประกอบจรวดแล้วดูว่ามันจะทะยานขึ้นไหม
จรวดประกอบในโรงรถด้านบน: แฟริ่ง ลำตัว ครีบ เครื่องยนต์ หัวฉีด เชื้อเพลิง และน้ำหนักบรรทุก สิ่งที่ประกอบไว้จะออกมาบนฐานปล่อย การกระทำหลักคือ «ปล่อยจรวด»: นับถอยหลัง จุดระเบิด ทะยานขึ้น ทะลุกำแพงเสียง ความดันพลศาสตร์สูงสุด ดับเครื่องยนต์ และบินด้วยแรงเฉื่อยจนถึงจุดสูงสุด ในโรงรถเพิ่มขั้นที่สองและเปิด «เลี้ยวเข้าวงโคจร» ได้: หลังทะยานขึ้น จรวดจะเอนไปทางขอบฟ้า ขั้นที่หนึ่งแยกตัว ขั้นที่สองเร่งความเร็วในแนวราบราว 7.8 km/s — และหากจุดใกล้โลกสูงกว่า 160 km จรวดก็อยู่ในวงโคจร หากไม่เลี้ยว การบินจะเป็นแนวดิ่งเหมือนจรวดตรวจอากาศ ไม่กี่วินาทีแรกเล่นช้า ๆ จากนั้นเร่งเร็วขึ้น แถบเลื่อนใต้ฉากใช้เลื่อนไปมาได้ ด้านขวาคือภาพตัดหัวฉีด: ความดันที่ปากหัวฉีดเทียบกับความดันภายนอก ซึ่งกำหนดรูปทรงไอพ่นและแรงขับ
—
02 · การแปลงหน่วย
| {n} | {v} | {note} |
คิดเร็ว: ตันแรงเกือบ 10 kN แรงขับร้อยตันราว 1 MN ถ้าจะให้แม่น — คูณด้วย 9.807
เครื่องยนต์อเมริกันมักบอกเป็นปอนด์แรง: ล้าน lbf คือ 4.45 MN
03 · อันดับของขนาด
04 · เครื่องมือวัด
05 · กฎการเขียน
06 · หน่วยข้างเคียง
07 · ภาคประวัติ
นิวตันเป็นหน่วยอนุพันธ์ SI: ประกอบจากกิโลกรัม เมตร และวินาที ตั้งแต่ปี 2019 กิโลกรัมนิยามผ่านค่าคงตัวของพลังค์ และนิวตันก็อิงค่านี้ด้วย มาตรฐานแรงคือเครื่องที่กดเซนเซอร์ด้วยตุ้มน้ำหนักที่ทราบค่าในสนามโน้มถ่วงที่ทราบค่า เครื่องที่ใหญ่ที่สุดรับได้หลายเมกะนิวตัน
แรงขับของเครื่องยนต์จรวดไม่ใช่ค่าคงที่บนป้ายสเปก มันขึ้นกับความดันภายนอก ข้อมูลจำเพาะจึงระบุสองตัวเลข: ที่ระดับน้ำทะเลและในสุญญากาศ ตำราเก่าบอกแรงขับเป็นตันแรง ตามมาตรฐานรัสเซีย GOST 8.417 นี่เป็นหน่วยนอกระบบ SI แปลงเป็นนิวตันโดยคูณด้วย 9 807
สารบัญปริมาณ
ดัชนีทั้งหมด →หน่วยฐาน SI ทั้งเจ็ด
กรดหยดเดียวเปลี่ยนสีน้ำผลไม้ เกลือย้อมสีเปลวไฟ น้ำแข็งตัวเมื่อถูกเคาะ ข้างใต้คือทุกหน้าของ Simetrium เรียงตามสาขาและตามลำดับอักษร
เปิดดัชนี →