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火箭的最大理想飞行速度

时间:2022-02-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:在火箭飞行过程中, 随着推进剂的不断燃烧, 火箭持续受推力作用, 处于不断加速状态。当推进剂燃烧结束即发动机停止工作时, 火箭的速度将达到最大值, 称为火箭的最大理想飞行速度,用vk表示。试计算火箭增程弹的最大理想飞行速度vk。

火箭飞行过程中, 随着推进剂的不断燃烧, 火箭持续受推力作用, 处于不断加速状态。 当推进剂燃烧结束即发动机停止工作时, 火箭的速度将达到最大值, 称为火箭的最大理想飞行速度,用vk表示(在外弹道学中,火箭工作结束时的飞行速度又称为主动段末速度,一般也用vk表示)。

设发动机工作结束时t =tk,则火箭的质量为

m=mk=m0-mp

式中,mp为推进剂装药质量;mk为除装药以外的火箭结构质量,称为被动段质量。

将上式代入式 (6-55), 可得最大理想飞行速度为

式中

称为质量比, 显然μ>1。 利用式 (6-44), 又有

这就是著名的齐奥尔科夫斯基公式, 它是火箭技术中奠基性的公式之一, 为火箭作为星际航行的必备工具奠定了理论基础, 并指明了实现的方向: 火箭的最大飞行速度是由发动机的比冲和火箭的质量比决定的。

类似地, 可得最大速度增量为

例题[6-3] 已知某火箭增程弹的质量为m0=4.0kg,推进剂质量为mp=0.8kg;燃气比热容比γ=1.25,火药力f0=830.0k J/kg;火箭发动机有4个喷管,每一个喷管的喉部直径和出口直径分别为dt=7.5mm、de=16.5mm。试计算火箭增程弹的最大理想飞行速度vk

解: 喷管的扩张比为

由γ=1.25得Γ=0.6581,则可计算出排气压强比πe(取超声速解) 和流速函数Fv,通过计算或直接查附表5可得推力系数(不考虑大气作用,即取真空状态pa=0),即

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