Raketenschub-Rechner

Raketenschub entsteht durch die Beschleunigung des Treibstoffs und durch eine Druckdifferenz am Düsenaustritt. Die stationäre eindimensionale Schubgleichung lautet F = Massenstrom mal Ausströmgeschwindigkeit plus Austrittsdruck minus Umgebungsdruck, multipliziert mit der Düsenaustrittsfläche. Der erste Term ist der Impulsschub. Der zweite ist der Druckschub, der die Gesamtkraft je nach Verhältnis von Austritts- zu Umgebungsdruck erhöhen oder verringern kann. Der Massenstrom beschreibt, wie viele Kilogramm Treibstoff pro Sekunde durch das Triebwerk strömen. Die Ausströmgeschwindigkeit ist die mittlere axiale Geschwindigkeit dieser Strömung am Düsenaustritt relativ zum Flugkörper. Ihr Produkt ergibt eine Kraft in Newton. Dieses vereinfachte Modell setzt eine stationäre, axial ausgerichtete Strömung voraus; die eingegebene Geschwindigkeit muss bereits die maßgebliche Austrittsgeschwindigkeit darstellen. Der Druckschub bildet Unter- oder Überexpansion ab. Liegt der Austrittsdruck über dem Umgebungsdruck, ist der Term positiv und die Düse unterexpandiert. Liegt er darunter, ist der Term negativ und die Düse überexpandiert. Bei gleichen Drücken ist die Düse für diese Höhe ideal expandiert; in dieser Gleichung stammt dann der gesamte Schub aus dem Impulsstrom. Da die Drücke in Kilopascal eingegeben werden, rechnet der Rechner ihre Differenz vor der Multiplikation mit Quadratmetern in Pascal um. Der spezifische Impuls ist der Gesamtschub geteilt durch den Gewichtsstrom des Treibstoffs, berechnet mit der Normfallbeschleunigung von 9.80665 Metern pro Sekunde zum Quadrat. Er misst den abgegebenen Impuls je Einheit Treibstoffgewicht und wird üblicherweise in Sekunden angegeben. Die effektive Ausströmgeschwindigkeit ist der Gesamtschub geteilt durch den Massenstrom. Sie enthält den Druckanteil und kann daher bei unterschiedlichen Austritts- und Umgebungsdrücken von der eingegebenen tatsächlichen Ausströmgeschwindigkeit abweichen. Die Gleichung eignet sich für vorläufige Triebwerksanalysen, Lehrbuchaufgaben, Höhenvergleiche und die Prüfung von Versuchsdaten. Sie berücksichtigt keine veränderliche Strömung, Fahrzeugbeschleunigung, seitlichen Düsenlasten, Abgasstrahl-Wechselwirkungen, Verbrennungsinstabilitäten oder Messunsicherheiten. Der tatsächliche Schub kann zudem mehrere Treibstoffströme und ungleichmäßige Austrittsbedingungen umfassen. Verwenden Sie konsistente Mittelwerte desselben Betriebspunkts. Für die Auslegungsqualifikation oder Flugprognose sind kalibrierte Messtechnik, detaillierte Strömungsanalysen und Leistungsdaten des Herstellers oder Prüfstands erforderlich.