Список форумов Форум космопорта Форум космопорта
Космос и все, что с ним связано...
 
 FAQFAQ   ПоискПоиск   ПользователиПользователи   ГруппыГруппы   РегистрацияРегистрация 
 ПрофильПрофиль   Войти и проверить личные сообщенияВойти и проверить личные сообщения   ВходВход 

Пятнадцатиступенчатая ракета на сжатом воздухе
На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5, 6, 7  След.
 
Начать новую тему   Ответить на тему    Список форумов Форум космопорта -> Обсуждение идей
Предыдущая тема :: Следующая тема  
Автор Сообщение
Непризнанный Гений
Ветеран


Зарегистрирован: 27.02.2005
Сообщения: 606

СообщениеДобавлено: 17 Фев 2006 [13:05]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

DmL писал(а):
А почему тема называется пятнадцатиступенчатая ракета?
Почему не 25-ти ступенчатая или 47-ми ступенчатая? Rolling Eyes


Потому, что я считал для пятнадцатиступенчатой. А четырнадцатиступенчатая ракета на сжатом воздухе (при тех весовых характеристиках ступений, что я взял для расчёта) на суборбитальный полёт неспособна. А двадцатипятиступенчатая только весить больше будет, но на орбиту всё равно не выйдет.

E=PV. Энергоёмкость получается, примерно того же порядка, что и у обычного пороха. С учётом веса баллонов.

Если делать баллоны из какого-нибудь наноматериала, из которого собираются делать космический лифт, то, возможно и трёхступенчатой ракеты будет достаточно. Но появления таких материалов надо ждать ещё лет 10, как минимум.

Вот программа - формулу Циолковского использует:-
Код:

/*
 * The code here is obsolete. See fixed version below.
 */


Последний раз редактировалось: Непризнанный Гений (18 Фев 2006 [09:28]), всего редактировалось 1 раз
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение
zenixt
Ветеран


Зарегистрирован: 14.04.2005
Сообщения: 1278
Откуда: Россия

СообщениеДобавлено: 18 Фев 2006 [06:50]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

ruata matsu писал(а):
1. сильно сомневаюсь на счет 8-9же в союзах... Такие перегрузки скорее харрактерны для востоков и восходов. Для союзов гораздо меньше.

Пожалуй, вы правы. Другой источник указывает для "Союза" 6 же. Поскольку первый источник, где 9 же, прямо на "Союзы" не указывает, то наверное действительно подразумевался "Восток". Smile
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение Отправить e-mail Посетить сайт автора
Непризнанный Гений
Ветеран


Зарегистрирован: 27.02.2005
Сообщения: 606

СообщениеДобавлено: 18 Фев 2006 [09:26]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

Выложив программу, нашёл в ней ошибку.

Вот исправленная версия программы.

Код:

/*
 * This program calculates final velocity of compressed air
 *   rocket for available some range of pressures   
 *
 *  Feb 2006
 *
 */
#include "math.h"
#include "string.h"

typedef long double real;
 
const real airDensity = 1.2; /* The normal density of air (kg / m3) */
const real atmospherePressure = 101325; /* Atmosphere pressure */
const int startingFactor = 300; /* The starting pressure of air in the baloon */
const int endingFactor = 500;   /* The ending pressure of air in the baloon   */
const int stepForPressureFactor = 10;

const real quality = 1.0;      /* It's a single stage construction weight per compressed air liter */
                               /* Use 0.6 for 15-stage rocket with 500 atm baloons                 */
                               /* 0.2 is a best value available on Russian markets today           */
                               /* 0.5 is a ordinary value for composit baloon                      */
                               /* about 1.0 is a value for steel baloons                           */

const real weightFactor = 0.6; /* The factor of stage weight increasing */

#define STAGECOUNT 15
const real stageCount = STAGECOUNT;

real velocity(int pressureFactor, real baloonWeightPerLiter) {
  real m = airDensity * pressureFactor;                  /* * volume */
  real M = baloonWeightPerLiter * 1000;                  /* * volume */
  real pressure = atmospherePressure * pressureFactor;
  real E = pressure;                                     /* * volume */
  return sqrt(E/m)*logl(1+m/M);                          /* volume is eliminated here */
}

real stageDensity(int j) { /* It's a total stage weight per liter including previous stages weight */
  real total = quality;
  int i;
  for (i=j; i>0; i--) {
    total += (quality+0.001*airDensity)*pow(weightFactor, i);
    /* the pow factor shows upper stage volume relative the stage number j */
  }
  return total;
}

int main() {
  int i;
  int j;
  printf("%5s","P");
  for (i=0; i<stageCount; i++) {
    char buffer[22];
    sprintf(buffer, "V%d", i+1);
    printf(" %5s", buffer);
  }
  printf(" %6s %5s", "V", "H");
  printf("\n\n");
  for (i=startingFactor;i<=endingFactor; i+=stepForPressureFactor) {
    real total = 0;
    real current;
    printf("%5d",i);
    for (j=0; j<stageCount; j++) {
      printf(" %5.1f", (float)(total += (current = velocity(i-1, stageDensity(j))), current));
    }
    printf (" %6.1f %5.1f\n", (float) total, (float)pow(total,2)/20000);
  }
  printf("\n\n");
  return 0;
}


И, соответственно, для пятнадцатиступенчатой ракеты с давлением 500 атмосфер коэффициент совершенства баллонов должен быть 0.6, а не 1.5. Кстати, если кто попробует менять константу airDensity, то заметит, что при увеличении плотности воздуха в баллонах, высота подъёма ракеты возрастает. К примеру, ракета на сжатом ксеноне может и на стальных баллонах летать, а не на металлокомпозитных. А для каких-нибудь гипотетических баллонов с коэффициентом совершенства 0.03 (константа quality) уменьшение плотности газа приводит к увеличению скорости ракеты. Между прочим, с коэффициентом совершенства 0.03 ракета как раз смогла бы выйти на орбиту. Интересно получается - если найдут материалы прочностью в 10 раз лучше используемых сейчас, то и никакого лифта не требуется - вывод в космос будет стоить сотню рублей на килограмм (правда, без учёта стоимости этих гипотетических материалов и стоимости обслуживания)

В принципе, можно и четырёхступенчатую, например для параметров
Код:

const real quality = 0.2;
const real weightFactor = 0.2; /* The factor of stage weight increasing */
#define STAGECOUNT 4

Программа выдаёт такой результат:-

Код:

    P    V1    V2    V3    V4      V     H

  300 298.6 265.5 259.8 258.7 1082.6  58.6
  310 304.7 271.3 265.5 264.4 1105.9  61.1
  320 310.8 276.9 271.1 269.9 1128.7  63.7
  330 316.7 282.5 276.5 275.4 1151.1  66.3
  340 322.5 287.9 281.9 280.8 1173.1  68.8
  350 328.2 293.2 287.2 286.0 1194.6  71.4
  360 333.8 298.5 292.4 291.2 1215.8  73.9
  370 339.3 303.6 297.5 296.3 1236.6  76.5
  380 344.6 308.7 302.5 301.3 1257.0  79.0
  390 349.9 313.7 307.4 306.2 1277.1  81.6
  400 355.1 318.6 312.2 311.0 1296.9  84.1
  410 360.2 323.4 317.0 315.7 1316.3  86.6
  420 365.2 328.1 321.7 320.4 1335.3  89.2
  430 370.1 332.8 326.3 325.0 1354.1  91.7
  440 374.9 337.3 330.8 329.5 1372.6  94.2
  450 379.7 341.8 335.3 334.0 1390.8  96.7
  460 384.4 346.3 339.7 338.4 1408.7  99.2
  470 389.0 350.7 344.0 342.7 1426.3 101.7
  480 393.5 355.0 348.3 346.9 1443.7 104.2
  490 398.0 359.2 352.5 351.1 1460.8 106.7
  500 402.4 363.4 356.6 355.3 1477.7 109.2

То есть, при давлении в 500 атмосфер ракета поднимется на 109 километров, достигнув максимальной скорости около полутора километров в секунду. Но так сложнее будет делать.
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение
zenixt
Ветеран


Зарегистрирован: 14.04.2005
Сообщения: 1278
Откуда: Россия

СообщениеДобавлено: 19 Фев 2006 [07:26]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

Непризнанный Гений писал(а):
И, соответственно, для пятнадцатиступенчатой ракеты с давлением 500 атмосфер коэффициент совершенства баллонов должен быть 0.6, а не 1.5. Кстати, если кто попробует менять константу airDensity, то заметит, что при увеличении плотности воздуха в баллонах, высота подъёма ракеты возрастает. К примеру, ракета на сжатом ксеноне может и на стальных баллонах летать, а не на металлокомпозитных.

А вы не могли бы пояснить, что такое коэффициент совершенства баллонов? И почему на ксеноне, а не на гелии? Ксенон что, дешевле гелия? Или причина другая? У ксенона высока молярная масса и поэтому скорость истечения будет ниже чем у воздуха. В общем пока считаю вашу программу неверной, поскольку она не учитывает
(Т/мю)^(1/2), т.е. скорость истечения газа прямо пропорциональна корню из температуры и обратно пропорциональна молярной массе газа. Smile
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение Отправить e-mail Посетить сайт автора
Непризнанный Гений
Ветеран


Зарегистрирован: 27.02.2005
Сообщения: 606

СообщениеДобавлено: 19 Фев 2006 [09:15]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

zenix писал(а):
А вы не могли бы пояснить, что такое коэффициент совершенства баллонов? И почему на ксеноне, а не на гелии? Ксенон что, дешевле гелия? Или причина другая? У ксенона высока молярная масса и поэтому скорость истечения будет ниже чем у воздуха. В общем пока считаю вашу программу неверной, поскольку она не учитывает
(Т/мю)^(1/2), т.е. скорость истечения газа прямо пропорциональна корню из температуры и обратно пропорциональна молярной массе газа. Smile


Коэффициент совершенства баллона высокого давления - это его вес, поделенный на объём. На ксеноне, а не на гелии, потому как для расчёта использовалась формула Циолковского, которая учитывает только энергоёмкость топлива. А с каким КПД удастся распорядится энергией разработчику - это другой вопрос. Чем большие массы мы отбрасываем, тем большая конечная скорость получается.
Скорость исчтечения можно считать по-разному. Да хоть по закону Бернули v=sqrt(2P/(ro)). И вообще - все скорости из закона сохранения энергии считаются, а как энергию считать: что (мю)RT, что PV - никакой разницы для идеального газа нет.
Закон сохранения энергии не обманешь. Если у нас в сопле происходит полное расширение сжатого газа, то формула Циолковского будет верна, ибо энергия статического давления полностью перейдёт в энергию динамического давления.
А куда ей ещё перейти-то можно? Деться энергии больше некуда. Так что не согласен, что формула Циолковского и программа, построенные на её основе неверны.
Причём, заметьте, если для химического тополива возможны потери энергии на диссоциацию и прочие глупости,то здесь похожие процессы невозможны, так как всю энергию, что есть у ракеты мы уже закачали в сжатый газ.
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение
zenixt
Ветеран


Зарегистрирован: 14.04.2005
Сообщения: 1278
Откуда: Россия

СообщениеДобавлено: 19 Фев 2006 [09:58]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

Непризнанный Гений писал(а):
Если у нас в сопле происходит полное расширение сжатого газа, то формула Циолковского будет верна, ибо энергия статического давления полностью перейдёт в энергию динамического давления.

Дело в том, что ни в каком сопле энергия давления не может полностью перейти в энергию направленного движения молекул. Сопло работает только до тех пор пока молекулы достаточно часто сталкиваются между собой. Чем разреженней становится газ тем бесполезней становится сопло. Т. е . бессмысленно говорить о полном расширении газа. В лучших двигателях реализуется до 80% внутренней энергии топлива+окислитель. И этот показатель очень сильно зависит от молярной массы. Кстати благодаря молярной массе водород+кислород превращают в сопле внутреннюю энергию в скорость струи на 80 процентов.
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение Отправить e-mail Посетить сайт автора
Непризнанный Гений
Ветеран


Зарегистрирован: 27.02.2005
Сообщения: 606

СообщениеДобавлено: 19 Фев 2006 [10:01]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

zenix писал(а):
Кстати благодаря молярной массе водород+кислород превращают в сопле внутреннюю энергию в скорость струи на 80 процентов.


Там просто термодинамический КПД 80 процентов.
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение
zenixt
Ветеран


Зарегистрирован: 14.04.2005
Сообщения: 1278
Откуда: Россия

СообщениеДобавлено: 19 Фев 2006 [10:17]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

Непризнанный Гений:
Цитата:
Если у нас в сопле происходит полное расширение сжатого газа, то формула Циолковского будет верна, ибо энергия статического давления полностью перейдёт в энергию динамического давления.

А у поверхности Земли вообще нельзя ставить вопрос о полном раширении газа, так как расширение газа ограничено снизу 1атмосферой.
НГ
Цитата:
Там просто термодинамический КПД 80 процентов.

Я просто вычисляю скорость для водород-кислорода из e=mv^2/2,
и сравниваю с известной мне скоростью истечения в лучших двигателях 4500м/сек. Smile
Кстати, значения v=((c*t/мю)*ln(P/P0))^(1/2) полностью совпадают с известными мне фактическими значениями скоростей истечений.
А если вы придумаете способ реализовывать всю энергию топливо+окислитель это будет означать, что вы самостоятельно изобрели мой секретный двигатель. Very Happy
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение Отправить e-mail Посетить сайт автора
Непризнанный Гений
Ветеран


Зарегистрирован: 27.02.2005
Сообщения: 606

СообщениеДобавлено: 19 Фев 2006 [18:59]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

Ну вообще-то тяга реактивного двигателя состоит из двух частей - статической и динамической. Статическая тяга обусловленна давлением газа на стенки двигателя, а динамическая ускорением молекул газа в сопле. Скорость же истечения будет либо большая, либо маленькая. Если скорость истечения будет большой, то увеличится динамическое слагаемое тяги. А если скорость истечения будет маленькой, то возрастёт роль статического слагаемого тяги. Для примера, если скорость истечения будет равна нулю, то двигатель вечно будет развивать тягу , где S - минимальная площадь сечения сопла двигетея.
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение
zenixt
Ветеран


Зарегистрирован: 14.04.2005
Сообщения: 1278
Откуда: Россия

СообщениеДобавлено: 20 Фев 2006 [06:54]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

Непризнанный Гений писал(а):
Ну вообще-то тяга реактивного двигателя состоит из двух частей - статической и динамической. Статическая тяга обусловленна давлением газа на стенки двигателя, а динамическая ускорением молекул газа в сопле.

Если внимательно присмотреться, то можно увидеть, что в сопле происходит процесс абсолютно аналогичный полету ракеты. Возьмем начальную массу газа, заполняющую сопло. На нее из двигателя давит давление P, заставляя эту массу двигаться с ускорением. Но чем ближе к концу сопла, тем масса выталкиваемого газа меньше. То же самое и при полете ракеты, ее масса непрерывно уменьшается. Грубо говоря - траектория разгона ракеты - это сопло длиной несколько сот километров. Smile
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение Отправить e-mail Посетить сайт автора
MIKl
Старожил


Зарегистрирован: 30.08.2005
Сообщения: 236
Откуда: Петербург

СообщениеДобавлено: 20 Фев 2006 [08:28]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

zenix писал(а):

Если внимательно присмотреться, то можно увидеть, что в сопле происходит процесс абсолютно аналогичный полету ракеты. Возьмем начальную массу газа, заполняющую сопло. На нее из двигателя давит давление P, заставляя эту массу двигаться с ускорением. Но чем ближе к концу сопла, тем масса выталкиваемого газа меньше.
!!!??? Что за бред? Чем ближе к срезу сопла, тем ниже плотность газа, а никак не масса. Масса то куда может дется?

Кстати, а не рассмотреть ли ракету из далекого детства? Сейчас таких в продаже нет. Пласстмассовая ракета наполовину заливалась водой и накачивалась воздухом велосипедным насосом. Стартовала прямо с насоса. Ребенок мог запустить метров на 50, а если накачивал здоровый мужик, то взлетала где-то на 150м. Понятно, что скорость струи воды очень большой не получится, но для 1-й ступени будет очень неплохо. А в субботу 18-го, в "Споре с Нагиевым" на 6-и пожарных брандсбойтах запустили автомобиль. Правда посадка была не очень удачной.
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение
zenixt
Ветеран


Зарегистрирован: 14.04.2005
Сообщения: 1278
Откуда: Россия

СообщениеДобавлено: 20 Фев 2006 [08:46]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

MIKl писал(а):
[!!!??? Что за бред? Чем ближе к срезу сопла, тем ниже плотность газа, а никак не масса. Масса то куда может дется?

Я рассматриваю движение некоторого сечения под действием давления, условно разделяющего газ до этого сечения и газ после этого сечения. Можете представить себе некую условную невесомую пулю, расширяющуся по мере увеличения диаметра сопла. Понятно, что объем газа перед пулей, а следовательно и его масса будут непрерывно уменьшаться. Но уменьшение будет происходить, как вы верно заметили и за счет уменьшения плотности газа. Поэтому закон Циолковского для сопла выглядит несколько иначе, чем для ракеты, а именно конечная v=(c*ln(m0/m))^(1/2).
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение Отправить e-mail Посетить сайт автора
MIKl
Старожил


Зарегистрирован: 30.08.2005
Сообщения: 236
Откуда: Петербург

СообщениеДобавлено: 20 Фев 2006 [09:33]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

zenix писал(а):
Можете представить себе некую условную невесомую пулю, расширяющуся по мере увеличения диаметра сопла. Понятно, что объем газа перед пулей, а следовательно и его масса будут непрерывно уменьшаться.
Допустим в камере за секунду сгорел 1кг. топлива. Этот-же килограмм вылетит в сопло и создаст какую-то тягу (Vист*Mсек.) При чем же здесь уменьшение массы? Да, естественно по мере расширения юбки сопла, плотность газа будет уменьшаться, но масса то останется той же! Это аапче-то Ломоносов еще доказал...
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение
zenixt
Ветеран


Зарегистрирован: 14.04.2005
Сообщения: 1278
Откуда: Россия

СообщениеДобавлено: 20 Фев 2006 [09:48]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

MIKl писал(а):
Да, естественно по мере расширения юбки сопла, плотность газа будет уменьшаться, но масса то останется той же! Это аапче-то Ломоносов еще доказал...

Ну, раз вы не умеете интегрировать, тогда скажу коротко. Скорость в сопле некоторого слоя газа толщиной dL подчиняется следующему закону
v=(c*ln(m0/m))^(1/2), где m0 - масса всего газа в сопле, m - масса газа в сопле впереди данного слоя газа. Very Happy
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение Отправить e-mail Посетить сайт автора
Непризнанный Гений
Ветеран


Зарегистрирован: 27.02.2005
Сообщения: 606

СообщениеДобавлено: 20 Фев 2006 [09:57]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

zenix писал(а):

v=(c*ln(m0/m))^(1/2), где m0 - масса всего газа в сопле, m - масса газа в сопле впереди данного слоя газа. Very Happy


m0/m < 1, следовательно c < 0.
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение
zenixt
Ветеран


Зарегистрирован: 14.04.2005
Сообщения: 1278
Откуда: Россия

СообщениеДобавлено: 20 Фев 2006 [10:03]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

Непризнанный Гений писал(а):
zenix писал(а):

v=(c*ln(m0/m))^(1/2), где m0 - масса всего газа в сопле, m - масса газа в сопле впереди данного слоя газа. Very Happy


m0/m < 1, следовательно c < 0.

Если вам верить то в формуле циолковского v=w*ln(m0/m), скорость истечения газа w<1 у мамент старта. Ну-ну прикалывайтесь. Very Happy
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение Отправить e-mail Посетить сайт автора
Непризнанный Гений
Ветеран


Зарегистрирован: 27.02.2005
Сообщения: 606

СообщениеДобавлено: 20 Фев 2006 [10:05]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

В формуле Циолковского m0/m > 1, а у вас меньше.
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение
zenixt
Ветеран


Зарегистрирован: 14.04.2005
Сообщения: 1278
Откуда: Россия

СообщениеДобавлено: 20 Фев 2006 [10:12]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

Непризнанный Гений писал(а):
В формуле Циолковского m0/m > 1, а у вас меньше.

Вот стартовала ракета массой m0=5тонн, через некоторое время ее масса стала m=4,9 тонны.
Так что получается по вашему, ракета сначала летит назад, а потом вперед? Нет, просто на этом отрезке формула не работает.
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение Отправить e-mail Посетить сайт автора
Непризнанный Гений
Ветеран


Зарегистрирован: 27.02.2005
Сообщения: 606

СообщениеДобавлено: 20 Фев 2006 [10:17]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

zenix писал(а):
Вот стартовала ракета массой m0=5тонн, через некоторое время ее масса стала m=4,9 тонны.
Так что получается по вашему, ракета сначала летит назад, а потом вперед? Нет, просто на этом отрезке формула не работает.


Нет, она всё время вперёд летит: 5/4.9 = 1.02040816327, что больше 1.
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение
Непризнанный Гений
Ветеран


Зарегистрирован: 27.02.2005
Сообщения: 606

СообщениеДобавлено: 20 Фев 2006 [10:19]    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

Да, я тут бред написал про то, что (масса всего газа в сопле)/(масса газа впереди данного слоя) < 1.
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение
Показать сообщения:   
Начать новую тему   Ответить на тему    Список форумов Форум космопорта -> Обсуждение идей Часовой пояс: GMT + 2
На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5, 6, 7  След.
Страница 5 из 7

 
Перейти:  
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах