Autoservice-mekona.ru

Автомобильный журнал
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двигатель взлетающий вертикально вверх ракеты работает в течение

Физика. Конспекты, примеры решения задач

Последовательные этапы движения с различными ускорениями.

Двигатель ракеты, запущенной с поверхности Земли вертикально вверх, сообщает ей постоянное ускорение равное 10 м/с2. В течении какого минимального времени должен проработать двигатель, чтобы ракета достигла максимальной высоты 250 м?

Дано:,

Движение ракеты состоит из двух этапов. Первый – это движение с ускорением при работающем двигателе (на рисунке слева). Как только двигатель выключается, ускорение ракеты становится равным ускорению свободного падения, поэтому второй этап – движение с ускорением свободного падения (на рисунке справа). При этом ракета еще некоторое время продолжает подниматься до максимальной высоты , а затем падает.

На каждом этапе движение ракеты – равноускоренное, поэтому описывается уравнениями: , ,которые будучи спроецированными на ось ОХ имеют вид: ;.

Рассмотрим первый этап движения ракеты.

Начальные условия для этого этапа: . С учетом этих условий уравнения движения для первого этапа имеют вид: , . Пусть двигатели выключаются в некоторый момент времени . К этому моменту ракета поднимается на высоту и приобретает скорость . Рассматривая точку 1, получим:и . Эти значения будут являться начальными для следующего этапа движения – с ускорением свободного падения.

Рассмотрим второй этап движения ракеты (начало отсчета времени для этого этапа выберем в точке 1). Начальные условия: , . Учитывая это, получим кинематические уравнения для второго этапа движения ракеты (с выключенным двигателем):,. Минимальность времени работы двигателя () означает, что высота является для ракеты максимальной (скорость ракеты на этой высоте равна нулю). Если время работы двигателя будет меньше искомого , то ракета не долетит до высоты . Поэтому для точки 2:, , . Уравнения движения для этой точки имеют вид: , . Выражая, имеем

. Используя это значение, получим: , откуда .

График зависимости координаты ракеты от времени показан на рисунке 37 (красная линия – подъем с ускорением a при работающих двигателях, зеленая – движение под действием силы тяжести, когда двигатели не работают).

14.2. Тело двигалось 20 с равномерно, затем в течении 20 с равноускоренно. Определить скорость равномерного движения, если путь за все время движения равен 275 м, а скорость за второй промежуток времени удвоилась. <5,5 м/с>

14.3. Автомобиль начинает движение из состояния покоя и проходит путь 120 м. Первые 80 м он движется равноускоренно, а оставшиеся 40 м – равномерно и проходит их за 2 с. Какова средняя скорость движения автомобиля на всем пути? <12 м/с>

14.4. Автомобиль начинает двигаться с места и двигаясь равноускоренно за 10 с развивает скорость 20 м/с. Далее он движется равномерно и прямолинейно в течении 5 с. Затем автомобиль тормозит в течении 5 с до полной остановки. Определить путь, пройденный автомобилем.

14.5. Тело движется с постоянной скоростью 3 м/с в течение 5 с, после чего начинает двигаться равноускоренно с ускорением 0,2 м/с2. Чему будет равна его скорость через 15 с от начала движения и какой путь пройдет тело за это время. <5 м/с; 55 м>

14.6. Тело, двигаясь прямолинейно с ускорением 3 м/с2 дос­тигло скорости 15 м/с, а затем двигаясь 25 с равнозамедленно с некоторым ускорением, остановилось. Определить путь, пройденный телом за все время движения. Начальная ско­рость равна нулю.

14.7. Мальчик, двигаясь равноускоренно из состояния покоя, съехал на санках с горы длиной 50 м за 10 с, а затем проехал по горизонтальному участку ещё 25 м до остановки. Найдите ускорение мальчика на втором участке движения. <2 м/с2>

14.8. Парашютист прыгает с самолёта. Первые 2 с он свободно падает, а затем 20 с опускается с постоянной скоростью до земли. С какой высоты прыгал парашютист?

14.9. Двигатель ракеты, взлетевшей вертикально вверх работал в течение 20 с. Ракета, продолжая двигаться еще некоторое время, достигла максимальной высоты 1,5 км. Найти ускорение ракеты во время работы двигателей. <5 м/с2>

14.10. Двигатели ракеты, запущенной вертикально вверх с поверхности земли работали в течение 10 с и сообщали ракете постоянное ускорение 30 м/с2. Какой максимальной высоты над поверхностью земли достигнет ракета после выключения двигателей?

14.11. В течение 20 с ракета поднимается с постоянным ускорением 0,8g, после чего двигатели ракеты выключаются. Через какое время после этого ракета упадет на землю?

14.12. Тело начинает двигаться вдоль прямой без начальной скорости с постоянным ускорением. Через 30 секунд ускорение тела меняется по направлению на противоположное, оставаясь таким же по величине. Через какое время от начала движения тело вернётся в исходную точку?

14.13. Тело начинает двигаться вдоль прямой без начальной скорости с постоянным ускорением. Через 28 с ускорение тела меняется по направлению на противоположное, и уменьшается по величине на 4%. Через какое время после этого тело вернется в исходную точку?

14.14. Аэростат поднимается с Земли с ускорением 1,5 м/с­­2 вертикально вверх без начальной скорости. Через 20 с после начала движения аэростата из него выпал предмет. Определить какое расстояние предмет пролетит за последнюю секунду своего падения.

14.15. Аэростат поднимается с Земли с ускорением 0,5 м/с2­ вертикально вверх без начальной скорости. Через 30 с после начала движения аэростата из него выпал предмет. Определить через какое время после этого предмет окажется на Земле.

14.16. Аэростат поднимается с постоянной скоростью 6 м/с. На высоте 50 м с него сбрасывают груз без начальной скорости относительно аэростата. Найти время падения груза на землю. Определить его скорость в момент соприкосновения с землей. <3,8 с; 32,2 м/с>

Найти магнитный поток, создаваемый соленоидом сечением 10 см2, если он имеет 10 витков на каждый сантиметр его длины при силе тока 20 А.

На длинный картонный каркас диаметром 2 см уложена однослойная обмотка (виток к витку) из проволоки диаметром 0,5 мм. Определить магнитный поток, создаваемый таким соленоидом при силе тока 4 А.

Плоский контур площадью 10 см2 находится в однородном магнитном поле индукцией 0,02 Тл. Определить магнитный поток, пронизывающий контур, если плоскость его составляет угол 700 с направлением линий индукции.

Соленоид содержит 4000 витков провода, по которому течет ток 20 А. Определить магнитный поток, если индуктивность 0,4 Гн.

Соленоид диаметром 4 см, имеющий 500 витков, помещен в магнитное поле, индукция которого изменяется со скоростью 1 мТл/с. Ось соленоида составляет с вектором магнитной индукции угол 450. Определите ЭДС индукции, возникающую в соленоиде.

В магнитном поле, изменяющееся по закону: (B0 =0,1 Тл, ω=4 с-1), помещена квадратная рамка со стороной 50 см, причем нормаль к рамке образует с направлением поля угол 450. Определите ЭДС индукции, возникающую в рамке в момент времени 5 с.

Плоский виток площади 10 см2 помещен в однородное магнитное поле перпендикулярно к линиям индукции. Сопротивление витка 1 Ом. Какой ток протечет по витку, если магнитная индукция поля будет убывать со скоростью В/t=0,01 Тл/с?

Какова индуктивность катушки с железным сердечником, если за время 0,5 с ток в цепи изменился от I1=10 А до I2=5 А, а возникшая при этом ЭДС самоиндукции 25 В?

Катушка диаметром 10 см, имеющая 500 витков, находится в магнитном поле. Чему будет равно среднее значение ЭДС индукции в этой катушке, если индукция магнитного поля увеличивается в течение 0,1 с от 0 до 2 Тл?

В однородном магнитном поле, индукция которого 0,8 Тл, равномерно вращается рамка с угловой скоростью 15 рад/с. Площадь рамки 150 см2. Ось вращения находится в плоскости рамки и составляет 300 с направлением силовых линий магнитного поля. Найти максимальную ЭДС индукции во вращающейся рамке.

В магнитном поле, индукция которого равна 0,05 Тл, помещена катушка, состоящая из 200 витков проволоки. Сопротивление катушки 40 Ом, площадь ее поперечного сечения 12 см2. Катушка помещена так, что ее ось составляет 600 с направлением поля. Какое количество электричества пройдет по катушке при исчезновении магнитного поля?

Две катушки намотаны на один общий сердечник. Индуктивность первой катушки 0,2 Гн, второй – 0,8 Гн, сопротивление второй катушки 600 Ом. Какой ток потечет по второй катушке, если ток в 0,3 А, текущий в первой катушке, выключить в течение 1 мс?

В однородном магнитном поле с индукцией 0,02 Тл равномерно вращается вокруг вертикальной оси горизонтальный стержень длиной 0,5 м. Ось вращения проходит через конец стержня параллельно линиям магнитной индукции. Определите число оборотов в секунду, при котором на концах стержня возникает разность потенциалов 0,1 В.

Почему ракеты взлетают

Любовь Карась

Один из популярных детских вопросов «Почему ракеты летают?» для многих остается без ответа. Изучение космонавтики требует глубоких знаний по физике, ракетостроению, астрономии и в других отраслях. Т&Р объясняют, как происходит одно из самых завораживающих научных событий, и рассказывают, благодаря чему ракеты сохраняют скорость, не переворачиваются и преодолевают силу притяжения.

Как устроен реактивный двигатель

Русский революционер и изобретатель Николай Кибальчич создал первый в мире проект аппарата с реактивным двигателем. Однако ученый был казнен. В начале XX века эту идею стал развивать К.Э. Циолковский. Ученый разработал саму схему реактивного двигателя, который работал на жидком топливе.

Читать еще:  Что обозначают буквы и цифры на двигателе ниссана

Ракета способна обеспечивать собственное движение в пустоте за счет реактивной силы. То есть она самостоятельно толкает себя, подобно осьминогу или кальмару. Процесс воспламенения смеси в двигателе является непрерывным — это пример простого твердотопливного двигателя. Еще один тип ракетного двигателя — жидкостный . В нем используется жидкий кислород или азотная кислота, при окислении этого вещества увеличивается удельный импульс — показатель эффективности реактивного двигателя или ракетного топлива.

Несмотря на всю сложность конструкции современных космических кораблей, ракета — один из самых простых летательных аппаратов. В основе ее устройства лежит принцип, согласно которому всякое действие рождает противодействие. Ракета летит, выбрасывая определенное вещество из своей хвостовой части. Несмотря на всю эту простоту, ракеты разрабатывались и совершенствовались в течение более чем семисот лет.

Луис Блумфилд. «Как все работает. Законы физики в нашей жизни»

Луис Блумфилд в своей книге «Как все работает. Законы физики в нашей жизни» приводит в пример движение по скользкому льду. Единственный способ сдвинуться — получить какой-то толчок от самого себя . Необходимо бросить кроссовок, и вы начнете двигаться в противоположную сторону. Вы передали импульс брошенной обуви, и она обратно передала его вам. «Величина импульса кроссовка равна величине вашего противоположно направленного импульса. Естественно, ваша масса намного больше массы кроссовка, поэтому вы двигаетесь гораздо медленнее, чем он», — объясняет Блумфилд.

Движение ракеты предполагает действие двух равных и противоположно направленных сил

Аналогично этому работает реактивный двигатель. Топливо и окислитель попадают в рабочую камеру, смешиваются, сгорают в зоне горения, выделяя огромное количество тепла, которого достаточно для движения.

Траектория полета

Многие убеждены, что ракеты взлетают вертикально, однако это не так. Ракетное топливо может закончиться через 10 минут, а при вертикальном взлете этого времени просто не хватит для выхода на орбиту.

Современные ракеты взлетают вертикально на самом первом этапе, а далее меняют траекторию и двигаются под углом по отношению к Земле. Чем выше высота полета, тем заметнее угол. Ракета совершает гравитационный разворот — маневр, при котором направление тяги совпадает или противоположно направлению движения, изменяющемуся под действием силы тяжести. Этот маневр используется в момент выведения на орбиту или при посадке с нее.

Ускорение ракеты, взлетающей под углом к горизонту: g — ускорение свободного падения, ae — вклад двигателя в ускорение, a — итоговое ускорение ракеты

Как обеспечивается устойчивость ракеты

«Ракета сохраняет динамическую устойчивость, если суммарный момент приложенных к ней сил относительно центра масс равен нулю при ориентации носом вперед», — объясняет Луис Блумфилд. Иными словами, для того чтобы ракета постоянно двигалась носом вперед и не переворачивалась, двигатель должен создавать силу тяги, которая направлена к центру масс. Второе условие устойчивости — действие аэродинамических сил. Воздушный поток обволакивает ракету и помогает лететь, если сопротивление воздуха у хвостовой части больше, чем спереди. Для устойчивого полета модели ракеты необходимо, чтобы центр тяжести модели ракеты был впереди ее центра давления .

Действие трех скоростей

Нет однозначного ответа на вопрос, с какой скоростью летит ракета. Все зависит от ее типа, загрузки и так далее. Однако все летальные аппараты стараются достигнуть космической скорости — первой (7,9 км/с), второй (11,2 км/с) и, соответственно, третьей (46,9 км/с). Первая позволяет «не упасть» и выйти на орбиту, вторая — выйти из орбиты Земли, третья — преодолеть притяжение. Чем дальше объект, с которого стартует ракета, находится от звезды, тем меньше третья космическая скорость . Например, американский космический зонд «Вояджер-1» движется со скоростью 17 км/с.

Существует и четвертая космическая скорость . Она необходима для того, чтобы объект мог преодолеть притяжение Галактики и выйти в межгалактическое пространство. Например, около Солнца четвертая космическая составляет 550 км/с .

Двигатель взлетающий вертикально вверх ракеты работает в течение

Разделы

  • Статьи
  • Решебник
  • Учебные материалы
  • Почему?Как?Когда?
  • Факты
  • Мат. онлайн сервисы
  • Физ.-хим. справочник
  • Форум

Дополнительно

  • Авторизация

  • ВСЕ ЗАДАЧИ
  • МЕХАНИКА
  • – Кинематика
  • – Динамика поступательного движения
  • – Динамика вращательного движения
  • – Статика
  • ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ
  • ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
  • ГИДРОСТАТИКА И ГИДРОДИНАМИКА
  • ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ И ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
  • ТЕРМОДИНАМИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
  • КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
  • АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА
  • ВСЕ ЗАДАЧИ
  • — Элементарная математика
  • — Элементарная арифметика
  • — Элементарная алгебра
  • — Теория элементарных функций и элементы анализа
  • Высшая математика
  • — Математический анализ
  • — Теория вероятности и мат. статистика
  • Геометрия
  • — Планиметрия
  • — Стереометрия
  • Математическая логика
  • — Комбинаторика
  • — Теория графов
  • ВСЕ ЗАДАЧИ
  • — Неорганическая химия
  • — Органическая химия

Задача по физике — 150

В углах расположенного на горизонтальной плоскости правильного шестиугольника $ABCDEF$ со стороной $l$ находятся черепахи a,b,c,d,e и f. В некоторый момент времени они начинают двигаться с постоянной по величине скоростью $v$ так, что в любой момент скорость черепахи а направлена к той точке плоскости, где в этот момент находится черепаха b, скорость черепахи b направлена к той же точке плоскости, где в этот момент находится черепаха с, и т. д. Какой путь пройдет каждая черепаха до встречи? Размерами черепах пренебречь.

Задача по физике — 151

Цель движется горизонтально и прямолинейно на высоте $h = 4 км$ со скоростью $v = 720 км/ч$. По цели с земли производится выстрел. Начальная скорость снаряда $v_ <0>= 400 м/с$. При каком расстоянии L между орудием и целью должен быть произведен выстрел чтобы время полета снаряда до цели было минимальным? Считать, что траектория цели проходит точно над орудием. Сопротивлением воздуха пренебречь.

Задача по физике — 152

Па ракете установлены два одинаковых двигателя. Конструкция двигателей такова, что при включении одного из них ракета движется вертикально вверх с постоянным ускорением $a_<1>= 5 м/с^<2>$, а при одновременной работе двух двигателей — с ускорением $a_ <2>= 10 м/с^<2>$. Двигатели можно включать либо одновременно, либо последовательно. После включения каждый из них работает непрерывно в
течение промежутка времени $t_ <1>= 1 мин$, а затем отключается. Как надо включать двигатели, чтобы ракета поднялась на максимальную высоту? Сопротивлением воздуха и изменением ускорения свободного падения с высотой пренебречь.

Задача по физике — 153

Из точки, находящейся на высоте $x_<0>$ над землей, одновременно бросают два камня с одинаковыми по величине начальными скоростями $v = 10 м/с$ — один вертикально вверх, второй вертикально вниз. Второй камень упал на землю через $t = 2 с$ после броска. На какой высоте над землей находился в это время второй камень?
Сопротивлением воздуха пренебречь.

Задача по физике — 154

Ракета стартует с поверхности земли вертикально вверх и в течение $t = 10 с$ поднимается с постоянным ускорением $a = 4,9 м/с^<2>$. Затем двигатели ракеты отключаются. Найдите максимальную высоту подъема ракеты над поверхностью земли. Сопротивлением воздуха пренебречь. Ускорение свободного падения считать равным $g=9,8 м/с^<2>$.

Задача по физике — 155

Представьте себе космический город будущего, имеющий вид полого цилиндра с радиусом R = 1 км. Цилиндр вращается вокруг своей оси с постоянной угловой скоростью такой, что эффективное ускорение «свободного падения» на внутренней поверхности цилиндра $g = 10м/с^<2>$. Из некоторой точки А внутренней поверхности цилиндра бросают камень. Начальная скорость камня $v_<0>$ в системе
отсчета, жестко связанной с цилиндром, направлена «вертикально вверх», т. е. вдоль радиуса цилиндра в сторону его оси, и составляет 100 м/с. На каком расстоянии от места броска упадет камень? Расстояние отсчитывается вдоль поверхности цилиндра. С какой скоростью и в какую сторону надо бросить камень, чтобы он побывал на оси цилиндра и вернулся в исходную точку?

Задача по физике — 156

Два дуэлянта стоят на горизонтальном диске радиусом $R$, который вращается вокруг вертикальной оси, проходящей через его центр. Один из дуэлянтов расположен в центре диска, второй – на краю. Куда должен стрелять каждый из дуэлянтов, чтобы попасть в противника? Угловая скорость вращения диска $omega$. Скорость пули $v$. Сопротивлением воздуха пренебречь.

Задача по физике — 157

Две автомашины едут по взаимно перпендикулярным дорогам с постоянными, одинаковыми по величине скоростями. В некоторый момент времени машины находились на расстояниях $l_ <1>= 1 км$ и $l_ <2>= 3 км$ от перекрестка. Найдите минимальное расстояние между машинами.

Двигатель взлетающий вертикально вверх ракеты работает в течение

Классы и виды ракетного оружия

Одна из характерных черт развития ракетно-ядерного оружия состоит в огромном разнообразии классов, типов и особенно образцов ракет-носителей. Иной раз при сравнении тех или иных образцов трудно даже представить себе, что они относятся к ракетному оружию.

В ряде стран мира боевые ракеты делят на классы по тому, откуда они запускаются и где находится цель. По этим признакам различают четыре основных класса: «земля — земля», «земля — воздух», «воздух — земля» и «воздух — воздух». Причем под словом «земля» понимается размещение пусковых установок на суше, на воде и под водой. То же самое относится и к расположению целей. Если их расположение обозначают словом «земля», то значит, они могут быть на суше, на воде и под водой. Слово «воздух» предполагает расположение пусковых установок на борту самолетов.

Читать еще:  Что можно добавить в двигатель чтобы не дымил

Некоторые специалисты подразделяют боевые ракеты на значительно большее число групп, стараясь охватить все возможные случаи расположения пусковых установок и целей. При этом под словом «земля» уже подразумевается лишь расположение установок на суше. Под словом «вода» — расположение пусковых установок и целей над водой и под водой. При такой классификации получается девять групп: «земля — земля», «земля — вода», «вода — земля», «вода — вода», «земля — воздух», «вода — воздух», «воздух — земля», «воздух — вода», «воздух — воздух».

В дополнение к названным выше типам ракет в зарубежной печати очень часто упоминается еще о трех классах: «земля — космос», «космос — земля», «космос — космос». Речь в этом случае идет о ракетах, взлетающих с земли в космос, могущих стартовать из космоса на землю и летать в космосе между космическими объектами. Аналогией ракет первого класса могут служить те из них, которые доставили в космос корабли «Восток». Второй и третий классы ракет также осуществимы. Известно, что наши межпланетные станции доставлялись к Луне и направлялись к Марсу ракетами, стартовавшими с борта ракеты-матки, находившейся в космосе. С тем же успехом ракета с борта ракеты-матки может доставить груз не к Луне или к Марсу, а к Земле. Тогда и получится класс «космос — земля».

В советской печати иногда применяется классификация ракет по принадлежности их к наземным войскам, Военно-Морскому Флоту, авиации или ПВО. В итоге получается такое разделение ракет: наземного, морского боя, авиационные, зенитные. В свою очередь авиационные подразделяются на управляемые снаряды для ударов с воздуха по наземным целям, для воздушного боя, авиационные торпеды.

Линия раздела между ракетами может проходить и по дальности действия. Дальность действия — одно из тех качеств, которое наиболее ярко характеризует оружие. Ракеты могут быть межконтинентальными, то есть способными преодолевать расстояния, разделяющие самые отдаленные континенты, например Европу и Америку. Межконтинентальные ракеты могут поражать объекты противника на расстоянии свыше 10 тыс. км. Есть ракеты континентальные, то есть такие, которые могут преодолевать расстояния внутри одного континента. Эти ракеты рассчитаны на поражение военных объектов, расположенных в тылу противника на дальности до нескольких тысяч километров.

Безусловно, существуют ракеты сравнительно небольших радиусов действия. Некоторые из них имеют дальность в несколько десятков километров. Но все они рассматриваются как главное средство поражения на поле боя.

Самым близким к военному делу оказывается разделение ракет по их боевому назначению. Ракеты делятся на три вида: стратегического, оперативно-тактического и тактического назначения. Стратегические ракеты предназначены для поражения наиболее важных в военном отношении центров противника, укрытых им в глубочайшем тылу. Оперативно-тактические ракеты — массовое оружие армии, в частности сухопутных войск.

Оперативно-тактические ракеты имеют дальность до многих сотен километров. Этот вид подразделяется на ракеты ближнего действия, предназначенные для поражения целей, находящихся на расстоянии нескольких десятков километров, и на ракеты дальнего действия, рассчитанные на удары по целям, находящимся на расстоянии нескольких сотен километров.

Между ракетами есть отличия еще и по особенностям их конструкции.

Баллистические ракеты — основная боевая сила. Известно, что от устройства и типа двигателя зависит характер полета ракеты. По этим признакам различают баллистические, крылатые ракеты и самолеты-снаряды. Баллистические ракеты занимают ведущее место: они обладают высокими тактико-техническими характеристиками.

Баллистические ракеты имеют удлиненный цилиндрический корпус с заостренной головной частью. Головная часть предназначается для поражения целей. Внутри нее помещается либо ядерное, либо обычное взрывчатое вещество. Корпус ракеты может одновременно служить и стенками баков для компонентов топлива. В корпусе предусматривается несколько отсеков, в одном из которых размещается аппаратура управления. Корпус в основном определяет пассивный вес ракеты, то есть вес ее без топлива. Чем выше этот вес, тем труднее получить большую дальность. Поэтому вес корпуса всячески стараются снижать.

В хвостовом отсеке располагается двигатель. Стартуют эти ракеты вертикально вверх, достигают определенной высоты, на которой срабатывают приборы, уменьшающие угол их наклона к горизонту. Когда перестает работать силовая установка, ракета под действием силы инерции летит по баллистической кривой, то есть по траектории свободно брошенного тела.

Для наглядности баллистическую ракету можно сравнить с артиллерийским снарядом. Начальный, или, как мы его назвали, активный, участок ее траектории, когда работают двигатели, можно сопоставить с гигантским невидимым орудийным стволом, который сообщает снаряду направление и дальность полета. В этот период скорость ракеты (от которой зависит дальность) и угол наклона (от которого зависит курс) могут направляться автоматической системой управления.

После выгорания топлива в ракете головная часть на неуправляемом пассивном участке траектории, как и всякое свободно брошенное тело, испытывает воздействие сил земного притяжения. На конечном этапе полета головная часть входит в плотные слои атмосферы, замедляет полет и обрушивается на цель. При вхождении в плотные слои атмосферы головная часть сильно разогревается; чтобы она не разрушилась, принимают специальные меры.

Для увеличения дальности полета ракета может иметь несколько двигателей, которые функционируют поочередно и автоматически сбрасываются. Совместными усилиями они разгоняют до такой скорости последнюю ступень ракеты, чтобы она покрыла необходимое расстояние. В печати сообщалось, что многоступенчатая ракета достигает высоты более тысячи километров и покрывает расстояние в 8—10 тыс. км примерно за 30 минут.

Поскольку баллистические ракеты поднимаются на тысячекилометровую высоту, они движутся практически в безвоздушном пространстве. А ведь известно, что на полет, например, самолета в атмосфере влияет взаимодействие его с окружающим воздухом. В безвоздушном пространстве любой аппарат будет двигаться так же точно, как и небесные тела. Значит, можно очень точно рассчитать такой полет. Это создает возможности для безошибочных попаданий баллистической ракетой в площадку относительно малых размеров.

Баллистические ракеты бывают двух классов: «земля — земля» и «воздух — земля».

Траектория полета крылатой ракеты отличается от траектории полета баллистической ракеты. Набрав высоту, ракета начинает планировать к цели. В отличие от баллистических ракет у этих ракет есть несущие поверхности (крылья), а двигатель ракетный или воздушно-реактивный (использующий в качестве окислителя кислород из воздуха). Крылатые ракеты получили широкое распространение в зенитных системах и в вооружении истребителей-перехватчиков.

Самолеты-снаряды по конструкции и типу двигателя близки к самолетам. Их траектория невысока, а двигатель работает в течение всего полета. При подходе к цели самолет-снаряд круто пикирует на нее. Сравнительно небольшая скорость такого носителя облегчает его перехват обычными средствами ПВО.

В заключение этого краткого обзора существующих классов и типов ракет следует отметить, что агрессивные круги США главную ставку делают на быстрейшее развитие наиболее мощных образцов ракетно-ядерного оружия, рассчитывая, видимо, получить военные преимущества по отношению к СССР. Однако подобные надежды империалистов абсолютно несбыточны. Наше ракетно-ядерное оружие развивается в полном соответствии с задачей надежной защиты интересов Родины. В навязанном нам агрессивными силами соревновании за качество и количество производимого ракетно-ядерного оружия мы не только не уступаем тем, кто грозит нам войной, но и во многом превосходим их. Мощное ракетно-ядерное оружие в руках Советских Вооруженных Сил — надежная гарантия мира и безопасности не только нашей страны, но и всего социалистического лагеря, всего человечества.

Большая Карамельная Ракета

Всем привет! Меня зовут Илья. И у меня есть хобби — это любительское ракетостроение. Точнее даже, скажем так, карамельное ракетостроение. За то время, что я занимаюсь темой, я успел набить себе немало шишек, во многом действуя по наитию и ставя различные, часто неудачные, эксперименты. Возможно, кто-то скажет, что я криворук и это не моё, что нужно срочно учить матчасть, что всё придумано до меня. И, пожалуй я соглашусь. Но, на мой взгляд, в любительском ракетостроении, как хобби, важен сам процесс инженерных поисков. Решение возникающих проблем и, конечно, создание себе новых. Наверное было бы проще взять уже готовую модель, заправить её готовым двигателем и…Но если бы действительно этим путём пользовались все, то наверное не было бы и развития.

Ракетостроение, даже не ракетомоделизм из кружков (Model Rocketry или High Power Rocketry), пожалуй отличное хобби для технаря, и, конечно айтишника. Даже сам Джон Кармак (один из создателей Doom, кто не знает) в детстве занимался ракетостроением, что уже после id Software переросло в свою ракетную компанию Armadillo Aerospace.

И таких, как он и я, к счастью не единицы. Хотя и совсем немного по земному шару. Наверное это из-за трудоёмкости, спектра проблем из разных научных областей. У той же Амперки в серии «Ракета против Лёхи» по официальной версии всё закончилось как раз из-за отсутствия возможности столько вкладывать ресурсов. Потому что процесс создания любой ракеты — это череда неудач, начала сызнова и итеративное приближение к цели. И к новой. И к ещё одной.

Для меня увлечение ракетами началось с ролика Побединского. Сама простота и дешевизна такой «ракетой техники» меня подкупила и я решил воспроизвести этот эксперимент. Собственно тогда родилась цель — сделать такую ракету, которая бы взлетела метров на 300-400, ну, до полкилометра, и спокойно бы вернулась обратно на парашюте. С полезной нагрузкой: скажем, с небольшим бортовым компьютером и камерой. Всё тогда казалось просто, если бы не нюансы, коих было… много…

Читать еще:  Устройство принцип работы форсунок двигателя камаз 740

Конструкция ракеты

Конструкции большинства ракет в основном схожи между собой. Они удовлетворяют в большинстве случаев, так скажем, идеальной «эмпирической ракете»:

длина ракеты полная: L= 15

длина головного обтекателя: Ln = 2.5

размах стабилизатора: S = 1

общая площадь стабилизаторов: F= 0,7

0,8*A,где A=L*D — площадь продольного сечения корпуса,

запас устойчивости: k = 1,5

«Эмпирическая ракета» Rocki

В зависимости от поставленных целей и используемых компонентов параметры ракеты могут варьироваться, конечно же, но почти всегда укладываются в вышеобозначенные границы.

В моём случае размер ракеты будет определяться исходя из размеров двигателя, парашюта и электроники. Чтобы уместить всё в корпусе ракеты я использую трубу диаметром в 50мм. Трубу можно сделать, в идеале, из стеклопластика, а можно взять ПП канализационную трубу — она сравнительно прочная и лёгкая. Головной обтекатель также делается из этой же трубы — вырезается «корона» (длиной в 2-3 диаметра ракеты) и склеивается вместе, образуя параболическую форму. Хотя, конечно есть и другие варианты — выточить обтекатель из деревянной заготовки на токарном станке или распечатать его на 3D-принтере. Обтекатель должен быть максимально правильной формы, гладким — это необходимо для снижения аэродинамического сопротивления ракеты и снижения вредных срывных течений в носовой части ракеты.

Стабилизаторы стоит изготавливать из достаточно лёгкого, но прочного материала. Например пластика, фанеры или бальзы. Форма и размер стабилизаторов зависят от размеров ракеты, а если быть точным, то от расположения центра тяжести ракеты и центра давления.

Модель устойчивости ракеты Rocki об устойчивости ракеты

Ракета никогда не летит прямо, а все время поворачивается от направления полета то в одну, то в другую сторону, т.е. рыскает. На ракету набегает встречный поток воздуха, направление которого строго противоположно направлению полета. Получается, что ракета все время поворачивается боком к набегающему потоку на некоторый угол. В аэродинамике такой угол называется углом атаки. Мы уже установили, что ракета, как любое твердое тело, поворачивается относительно ЦТ, но результирующая сила давления воздуха приложена совсем к другой точке, т.е. к ЦД. Если ракета имеет симметричную форму относительно оси, то ЦД потока воздуха расположен на оси ракеты. Если ЦД расположен ближе к хвосту ракеты, то давление воздуха стремится вернуть ракету навстречу набегающему потоку, т.е. на траекторию. Ракета будет устойчива. Тут вполне допустима аналогия с флюгером. Если ракету насадить на стержень, проходящий поперек оси ракеты через ЦТ и вынести её на улицу, где сильный ветер, то устойчивая ракета повернется навстречу ветру. Из этих же соображений делается простейшая проверка ракеты на устойчивость с помощью веревки: привязываем веревку к ракете в месте расположения центра тяжести и начинаем вращать ракету вокруг себя. Если ракета при вращении ориентируется строго по направлению движения, то она аэродинамически устойчива, если ракету крутит в разные стороны или она летит хвостом вперед, то ракета неустойчива.

Центр тяжести ракеты определяется простым методом «взвешивания». Положив ракету на руку, нужно найти точку, в которой достигается равновесие.

Центр давления рассчитывается используя метод определения центра давления по Борроумену. К слову сказать, есть и другой, хотя и куда менее точный способ определения центра давления — метод аэродинамической проекции. В любом случае, какой бы мы метод не использовали, чтобы ракета была устойчивой, расстояние между центром тяжести и центром давления должно составлять хотя бы 1,5 диаметра самой ракеты. Эта, так называемая «устойчивость в диаметрах» может быть и выше, хотя устойчивость больше 2-2,5 диаметров не рекомендуется, так как в этом случае стабилизаторы будут больше, а значит тяжелее. Кроме того, большая площадь стабилизаторов приведёт к тому, что ракета будет испытывать большие боковые нагрузки, что приведёт к тому, что она будет, как флюгер разворачиваться по ветру и лететь не вверх, а вбок; в худшем случае — флаттер приведёт к разрушению ракеты в полёте. Подробно об устойчивости можно почитать здесь.

Интерфейс Rocki-design и модель будущей ракеты

Есть готовые программные решения для расчёта параметров ракеты. Я использую Rocki-design, но чаще, тем более в англоязычном мире используют OpenRocket. Подобрав нужный размер стабилизаторов, вырезаем их из заготовки и прикручиваем винтами к корпусу, используя металлические уголки. Крепление должно быть жёстким. Для лёгких ракет сгодится и просто приклеивание, но для тяжелой ракеты лучше перестраховаться.

Система спасения

Система спасения — одна из самых сложных в ракете. Она включает в себя парашют, крепление к корпусу, а также механизм выброса парашюта. Она в обязательном порядке порядке должна быть проверена не один раз на земле. Я использую пиротехнический вариант выброса парашюта (мортирка), инициируемый бортовым компьютером. Хотя встречаются и другие решения — механические и пневматические, или вовсе инерционные. Пиротехническая система одна из самых популярных и простых, содержит минимум компонентов.

Заготовка для мортирки

Сам парашют — это купол диаметром в 70 сантиметров, сшитый из прочной и лёгкой ткани (рип-стоп). Можно рассчитать точно необходимую площадь парашюта для плавного спуска в зависимости от массы ракеты. Хотя, из практики, парашют лучше делать меньше диаметром — это увеличит скорость падения ракеты, конечно, но ракету будет меньше сдувать ветром, и поэтому меньше шансов намотать километры от места запуска до места падения.

Вырезаем парашют

Не менее важно обеспечить крепление системы спасения ракеты с корпусом. Обычно в корпус устанавливаются силовые болты, к которым привязывается силовой трос (фал), соединяющийся со стропами парашюта. Фал пропускается через пыж — лёгкий цилиндр, который впритирку устанавливается ко внутреннему диаметру ракеты — он необходим для выброса парашюта, работая как поршень, приводимый в движение газами из мортирки.

Конструкция крепления системы спасения

Головной обтекатель также подвязывается к фалу.

В сборе внутренние компоненты ракеты ракеты занимают весь внутренний объем.

Модель ракеты со всеми компонентами

Двигатель

В отличие от ракетомоделизма, в любительском, «карамельном» ракетостроении используются собственно изготовленные двигатели. Ракетные двигатели — это долгий и обширный разговор, который можно растянуть на не одну статью. Если рассказывать очень кратко, то в любительском ракетостроении в большинстве случаев используются твердотопливные двигатели, которые по конструкции очень схожи с двигателями настоящих твердотопливных ракет.

Отличие состоит в материалах из которых изготовлен двигатель и в используемом топливе. Чаще всего для изготовления двигателей используется бумага, пластик или композит (стеклоровинг). В моём случае — пластик (полипропиленовая армированная труба в 40мм внешним диаметром). В качестве топлива используется смесь из калиевой селитры и сахарасорбита в пропорции 6535. Собственно при плавлении такой смеси образуется сладкая масса (несъедобная!), похожая на карамель, откуда и происходит название «карамельное топливо».

C6H14O6 + 3.345 KNO3 -> 1.870 CO2 + 2.490 CO + 4.828 H2O + 2.145 H2 + 1.672 N2 + 1.644 K2CO3 + 0.057 KOH

Топливо запресовывается в так называемые «топливные шашки» — цилиндры с отверстием. Размер шашек подбирается таким образом, чтобы во время работы двигателя топливо успевало выгореть равномерно во всех направлениях (в направлении от внутреннего канала к краю). Оптимальной длиной шашки внешним диаметром D и внутренним диаметром d является длина L=1.67D. Шашки в обязательном порядке запрессовываютсяоборачиваются в так называемую «бронировку» — внешнюю негорючую оболочку шашки. Бронировка препятствует горению шашки по внешней поверхности, что недопустимо. Слишком большая площадь горения топлива может привести к разрушению двигателя.

Топливные шашки

Из шашек формируется сборка двигателя с единым топливным каналом. При этом шашки укладываются в теплоизоляционную (негорючую) трубку из тефлонабумаги, пропитанной силикатным клеем. Теплоизоляция нужна для того, чтобы не допустить разрушения двигателя из-за температуры (фронта горения и горячих газов) при горении топлива.

Схема двигателя

Карамельное топливо горит сравнительно медленно, поэтому для создания тяги зажигание двигателя производится в дальней точке канала (противоположного от сопла). Немаловажными параметрами двигателя, кроме тяги, является критика сопла и рабочее давление. Чем больше давление в двигателе — тем больше тяга. Чем больше давление — тем выше скорость горения топлива. Настоящим вызовом в создании двигателя является задача создания такого решения, которое при минимальной массе корпуса будет держать максимальное давление и содержать наибольшее количество топлива.

График тяги График давления

Для расчёта двигателя используются расчёты на основе закона горения. Безусловно, есть готовые решения для расчёта параметров двигателя.

Кроме того, обязательно проводятся стендовые испытания движков. Это позволяет отработать надёжность двигателя на земле, а также снять реальные показания тяги двигателя (которые могут отличаться от расчётных).

Кластерный двигатель на тяго-измерительном стенде

Электроника

В качестве бортового компьютера я использую собственную схему, в основе которой находится Arduino Nano.

Схема полётного компьютера

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector