Калькулятор тяги ракеты

Рассчитайте тягу ракетного двигателя, вклад давления, удельный импульс и эффективную скорость истечения по рабочим условиям сопла.

Тяга ракетного двигателя

Введите массовый расход, скорость истечения, давления и площадь среза сопла.

Массовый расход (kg/s)

Скорость истечения (m/s)

Давление на срезе сопла (kPa)

Давление окружающей среды (kPa)

Площадь среза сопла (m²)

О тяге ракеты

Тяга ракеты возникает при ускорении ракетного топлива и за счёт разности давлений на срезе сопла. Уравнение тяги для стационарного одномерного потока: F = массовый расход, умноженный на скорость истечения, плюс разность давления на срезе и давления среды, умноженная на площадь среза сопла. Первое слагаемое — импульсная составляющая. Второе — составляющая от давления, которая может увеличивать или уменьшать полную силу в зависимости от соотношения давления на срезе и окружающей атмосферы. Массовый расход показывает, сколько килограммов ракетного топлива проходит через двигатель каждую секунду. Скорость истечения — средняя осевая скорость этого потока на срезе сопла относительно аппарата. Их произведение даёт силу в ньютонах. Упрощённая модель предполагает стационарный поток и осевое истечение; введённая скорость должна уже соответствовать нужной скорости на срезе сопла. Составляющая от давления отражает недорасширение или перерасширение. Если давление на срезе выше внешнего, слагаемое положительно, а сопло работает в режиме недорасширения. Если ниже — слагаемое отрицательно, а режим соответствует перерасширению. При равенстве давлений расширение идеально для данной высоты, и в этом уравнении вся тяга создаётся потоком импульса. Поскольку давления вводятся в килопаскалях, перед умножением на квадратные метры калькулятор переводит их разность в паскали. Удельный импульс равен полной тяге, делённой на весовой расход топлива, при стандартном ускорении свободного падения 9.80665 метра в секунду в квадрате. Он характеризует импульс на единицу веса топлива и обычно выражается в секундах. Эффективная скорость истечения равна полной тяге, делённой на массовый расход. Она включает вклад давления, поэтому при несовпадении давлений на срезе и в среде может отличаться от введённой физической скорости истечения. Уравнение полезно для предварительного анализа двигателей, учебных задач, сравнения высот и проверки испытательных данных. Оно не учитывает нестационарность потока, ускорение аппарата, боковые нагрузки на сопло, взаимодействие струй, неустойчивость горения и неопределённость измерений. Реальная тяга также может зависеть от нескольких потоков топлива и неоднородных условий на срезе. Используйте согласованные средние значения для одной рабочей точки. Для квалификации конструкции или прогноза полёта опирайтесь на калиброванные приборы, подробный анализ течения и данные производителя либо испытательного стенда.

Примеры расчёта тяги ракеты

Параметры двигателя	Расчётная тяга	Пояснение
100 kg/s, 3,000 m/s, на срезе и в среде 100 kPa, 0.5 m²	300,000 N	При равных давлениях вклад давления равен нулю.
10 kg/s, 2,000 m/s, на срезе 500 kPa, в среде 100 kPa, 0.1 m²	60,000 N	Поток импульса даёт 20 kN, а давление — 40 kN.
20 kg/s, 2,500 m/s, на срезе 80 kPa, в среде 100 kPa, 0.2 m²	46,000 N	Перерасширение уменьшает полную тягу на 4 kN.

Как рассчитать тягу ракеты

Введите массовый расход топлива и скорость истечения из сопла.
Введите давление на срезе сопла и местное давление среды в килопаскалях.
Введите площадь среза сопла в квадратных метрах.
Нажмите «Рассчитать тягу», чтобы увидеть полную тягу, её составляющие и показатели эффективности.

Вопросы о тяге ракеты

Из каких двух частей состоит тяга ракеты?

Импульсная составляющая возникает при ускорении топлива в сопле. Составляющая от давления определяется разностью давления на срезе и давления среды, действующей на площадь среза.

Почему тяга ракеты меняется с высотой?

С ростом высоты давление среды обычно падает. При остальных неизменных условиях двигателя снижение противодавления обычно увеличивает вклад давления в тягу.

Что измеряет удельный импульс?

Он измеряет импульс на единицу веса топлива. Более высокое значение обычно указывает на более эффективное использование топлива двигателем.

Может ли составляющая от давления быть отрицательной?

Да, если давление на срезе ниже внешнего, слагаемое отрицательно. Сильное перерасширение также может вызывать отрыв потока и нагрузки, не учтённые этим простым уравнением.

Совпадает ли эффективная скорость истечения со скоростью в сопле?

Они равны при нулевом вкладе давления. В остальных случаях эффективная скорость учитывает этот вклад и равна полной тяге, делённой на массовый расход.