Conceptual, cu cât fracția de masă a combustibilului este mai mică, cu atât este mai bună; este, fără răspunsuri aici
Elemente de propulsie pentru rachete, ediția a VII-a. Sutton, pg 30 afirmă: "Este de dorit o valoare ridicată a fracției de masă a propulsorului." - Tind să nu fiu de acord cu această afirmație, așa cum este descrisă în această secțiune, deoarece o valoare mai mare implică faptul că sunt necesare cantități mai mari de combustibil într-un scenariu dat. De exemplu, dacă am o masă finală de rachetă de 500 kg și consider că masa combustibilului este de 100 kg, raportul meu este de 5/6. Efectuați aceleași calcule pentru 200 kg și obțineți un raport de 2/3. Ei bine, aș vrea mai puțin combustibil pentru aceeași misiune, deci câștiguri mai mici în opinia mea. Cu toate acestea, autorul afirmă pe această pagină 30 „Este de dorit o valoare mare de (raport)”. De ce ar fi așa?
După ce am citit recenziile, mi-am dat seama ce interpretasem greșit. Executând numerele pe exemplul lui Saturn V de la J, devine evident că atunci când mutăm masa uscată de la etapa 1 la masa propulsorului de la etapele 2 și 3, vedem valori mai mari în pmf.
Răspunsuri
Luați, de exemplu, racheta Saturn V.
Sarcina utilă poate fi de 140 de tone pentru LEO.
A treia etapă are o greutate uscată de aproximativ 10 tone, 119 tone de combustibil.
A doua etapă are o greutate uscată de aproximativ 36 de tone, alimentată cu 480 de tone.
Prima etapă are o greutate uscată de aproximativ 131 de tone, 2300 de tone de combustibil.
Fiecărui pas nu îi pasă dacă ridică o sarcină utilă, propria greutate uscată sau o greutate uscată sau combustibil pe podelele de deasupra acestuia. Fiecare greutate pe care o puteți pierde din greutatea vehiculului uscat (creșterea fracțiunii de combustibil) în fiecare etapă înseamnă că puteți muta acea greutate în etapa următoare și, în cele din urmă, în sarcina utilă.
O rachetă perfectă ar fi 100% propulsivă cu sarcina utilă deasupra. Din păcate, avem nevoie de motoare și containere pentru propulsor, așa că ideea este că aceste lucruri ar trebui să fie cât mai ușoare.
Dacă prima etapă a lui Saturn V, de exemplu, ar putea pierde 10 tone în greutate uscată, crescându-și fracțiunea de combustibil, atunci a doua etapă ar putea avea 10 tone în plus în buget, fie pentru combustibil, fie pentru greutate uscată. Dacă acest lucru ar putea fi transformat în principal în combustibil în cea de-a doua etapă, câștigurile cresc - același tonaj de combustibil în cea de-a doua etapă obține în final sarcina utilă mai mult delta-V decât ar fi avut-o în prima etapă.
În fiecare etapă, bărbierirea greutății uscate (fracție de combustibil crescută) în schimbul combustibilului sau al bugetului de greutate într-o etapă superioară vă oferă întotdeauna mai multă eficiență.
Există trei componente într-o rachetă (într-un anumit sens). Sarcină utilă, vehicul și combustibil (în cazul în care vehiculul include rezervoare de combustibil, motoare etc., iar combustibilul include oxidant). Ceea ce doriți, desigur, este ca sarcina utilă să acumuleze cât mai multă masă posibil. Cu toate acestea, având în vedere orbita pe care doriți să o atingeți și tipul de combustibil pe care îl utilizați, raportul dintre combustibil și orice altceva este mai mult sau mai puțin fixat, după cum sa spus, de ecuația rachetei.
Deci, pentru a obține sarcina utilă maximă, doriți ca masa vehiculului să fie cât mai mică posibil și despre asta vorbește Sutton. Fiecare kilogram pe care îl radeți din vehicul fără a reduce sarcina de combustibil este de un kilogram pe care îl puteți avea pentru sarcina utilă (cel puțin pe puntea superioară).
Comentariul lui Paul este corect.
Ca întotdeauna, atunci când încercați să aflați ce este „cel mai bun” trebuie să definiți despre ce vorbiți.
În acest caz, autorul înseamnă mai bine decât în Delta superioară V
Cu cât este mai mare fracțiunea de masă a combustibilului, cu atât este mai mare delta V.
Toate răspunsurile și comentariile corecte de până acum. Rezumatul întrebării: „Conceptual, cu cât este mai mică fracția de masă a combustibilului, cu atât mai bine, nu?” este corect dacă renunțați la presupunerea unui propulsor specificat și sistemul de propulsie atinge ∆V cerut de misiune; dar vezi paragraful final de mai jos.
În plus față de raportul de masă, ecuația rachetei are un impuls specific (în esență viteza de evacuare, dar din motive istorice viteza împărțită la pământul g) ca variabilă. Pentru un V specificat, măriți impulsul specific și puteți reduce raportul de masă. După cum s-a menționat mai devreme, aceasta înseamnă că o mare parte din masa finală poate fi o sarcină utilă, atâta timp cât masa inertă a sistemului de propulsie la Isp mai mare (motoare, rezervoare etc.) nu consumă tot câștigul de masă.
Conceptele adevărate ale misiunii se ocupă cu această profesie tot timpul: care este cererea V necesară și care este cea mai bună opțiune pentru a realiza acest lucru? Sunt cel mai familiarizat cu misiunile robotice interplanetare și de multe ori trebuie să alegem între sistemele cu gaz rece, cu un singur propulsor sau cu două propulsori. Sistemele bipropelente au cel mai mare Isp, cu sisteme NTO/hidrazină (diverse forme de hidrazină, cum ar fi MMH sau UDMH) care funcționează în intervalul 300-330 s. Sistemele cu un singur propulsor, din nou hidrazină, dar fără oxidant, au de obicei Isp în intervalul 220-230. Și sistemele cu gaz rece, cum ar fi He sau N2 presurizat, funcționează mult mai jos decât monopropulsoarele. Dar fiecare își are locul său, de obicei determinat de V-ul necesar. Din perspectiva Isp, se pare că sistemele biprop ar câștiga întotdeauna. Dar sistemele biprop au motoare puțin mai grele, două rezervoare mari în loc de unul (ceea ce oferă o fracție de masă a rezervorului mai mare), mai multe linii de propulsor (furtunuri) etc., deci fracțiunea lor de masă inertă este mai mare. De asemenea, sunt mai scumpe! Cu tehnologiile actuale, dacă misiunea ∆V este mai mică de