2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу 1, 2  След.
 
 А почему ракеты 2-3 ступенчатые?
Сообщение05.10.2013, 21:37 


19/03/09
124
Судя по авто, сначала давят на газ, потом с нужной скоростью.
А сколько ступеней сейчас?
Одна задачка похожая...

 Профиль  
                  
 
 Re: А почему ракеты 2-3 ступенчатые?
Сообщение05.10.2013, 22:08 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72338
green5 в сообщении #771133 писал(а):
Судя по авто, сначала давят на газ, потом с нужной скоростью.

Авто тут ни при чём.

green5 в сообщении #771133 писал(а):
А сколько ступеней сейчас?

Зависит от того, для каких целей ракета, и как считать ступени. Обычно для космоса 3-4 ступени. Для аппаратов, стартующих с Луны, если учитывать и ступени лунного комплекса, доходит до 5 ступеней (или до 6?).

 Профиль  
                  
 
 Re: А почему ракеты 2-3 ступенчатые?
Сообщение05.10.2013, 22:28 


25/03/11
75
Предположу, что все упирается в ресурс движков. Наступает момент, когда нужно произвести замену двигателя. Замену ступени целиком сделать проще, да и вес лишний сбрасывается.

 Профиль  
                  
 
 Re: А почему ракеты 2-3 ступенчатые?
Сообщение05.10.2013, 22:45 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72338
MeV в сообщении #771173 писал(а):
Предположу, что все упирается в ресурс движков. Наступает момент, когда нужно произвести замену двигателя. Замену ступени целиком сделать проще, да и вес лишний сбрасывается.

Сброс лишнего веса - главная причина. Ресурс не вырабатывается полностью, наоборот, исходя из того, сколько двигатель должен проработать, его могут сделать с меньшим ресурсом из экономии (но всё-таки не вровень, поскольку надёжность играет большую роль, чем экономия).

 Профиль  
                  
 
 Re: А почему ракеты 2-3 ступенчатые?
Сообщение06.10.2013, 11:07 


19/03/09
124
Спc, значит из-за сброса веса. Думал технология и традиции/конструкция.
А первая космическая достигается достигается двумя ступенями?
А задача, как экономичнее разогнать груз до 1к-скорости (ну почти).
А тут еще чтото можно порциями с ракеты выкидывать и горючее сгорает.

 Профиль  
                  
 
 Re: А почему ракеты 2-3 ступенчатые?
Сообщение06.10.2013, 11:43 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72338
green5 в сообщении #771321 писал(а):
Думал технология

А сброс веса - это технология и есть. Технология вывода на орбиту.

green5 в сообщении #771321 писал(а):
А первая космическая достигается достигается двумя ступенями?

Может быть, и да, но какие-то параметры (масса полезного груза, например) оказываются при этом невыгодными.

green5 в сообщении #771321 писал(а):
А задача, как экономичнее разогнать груз до 1к-скорости (ну почти).

Если считать, что двигатель "бесплатный", то количество ступеней лучше всего устремить к бесконечности. А так, ищут баланс между затратами на одно и затратами на другое.

 Профиль  
                  
 
 Re: А почему ракеты 2-3 ступенчатые?
Сообщение06.10.2013, 13:45 
Экс-модератор
Аватара пользователя


07/10/07
3368
Масса в ракете - ключевая вещь. Поэтому отбрасывание отработанных ступеней получается выгоднее.
Еще надо не забыть, что существуют стартовые и маршевые двигатели, которые отличаются видом топлива, управляемостью и так далее. Каждый двигатель должен решать свои задачи.

 Профиль  
                  
 
 Re: А почему ракеты 2-3 ступенчатые?
Сообщение06.10.2013, 15:43 
Заблокирован
Аватара пользователя


23/07/13

491
Парджеттер в сообщении #771414 писал(а):
Масса в ракете - ключевая вещь.


Да уравнение Циолковского рулит.

 Профиль  
                  
 
 Re: А почему ракеты 2-3 ступенчатые?
Сообщение17.10.2013, 17:43 
Аватара пользователя


14/02/12

841
Лорд Амбера
Правильный ответ и был - бесконечное кол-во ступеней. Ведь что такое ступень? Это вместилище для топлива. И получается нерационально - часть топлива уже сгорела, а бензобак приходится таскать за собой, пока в нем не выгорит топливо полностью. Потом подключается следующий бензобак и т.п. Т.ч. чем больше бензобаков и чем они меньше, тем лучше.
Аналогия с полярными путешествиями на собаках. Собаки тащат еду для себя и людей и топливо. По мере продвижения вперед еды и топлива остается все меньше, и часть собак становится ненужной. Тогда их пускают в пищу еще нужным собакам, а в конце путешествия сани тащат люди, а собаки все съедены. Если соответствующее дифференциальное уравнение составлено и решено верно, люди успевают дойти до полюса и вернуться на базу с пустыми санями. Если с решением вышла ошибочка, на поиски экспедиции отправляют другую экспедицию, см. начало.

 Профиль  
                  
 
 Re: А почему ракеты 2-3 ступенчатые?
Сообщение17.10.2013, 18:12 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


06/04/10
3152

(Оффтоп)

Хорошо, что взят пример с собаками, а не вариант побега из дальнего лагеря...

 Профиль  
                  
 
 Re: А почему ракеты 2-3 ступенчатые?
Сообщение13.12.2013, 18:41 


13/12/13
1
Помимо сброса лишней массы есть еще одна причина - разные требования к режимам работы двигателей. У земли давление воздуха 1 атм., на высоте 100 км - 0.03 атм. Режим работы сопла атмосферного двигателя не будет эффективным на высоте 100 км из-за недорасширения реактивной струи, поэтому классическая схема имеет как минимум 2 ступени: 1-я работает до высоты 50-70 км, 2-я выводит космический аппарат на околоземную орбиту. Интересно то, что маршевые двигатели первой ступени, работая в атмосфере, расходуют гораздо больше топлива, везя не только КА, но свое горючее, тогда как вторая ступень работает дольше, но топлива тратит гораздо меньше. Отчасти это связано с разницей в массе, отчасти как раз с режимами работы двигателей.

 Профиль  
                  
 
 Re: А почему ракеты 2-3 ступенчатые?
Сообщение17.12.2013, 16:39 
Аватара пользователя


10/12/13
78
ЮРГПУ (НПИ) им. М. И. Платова, РГУПС
Удельный импульс (он же скорость истечения газов) современных химических РД таков, что не позволяет осуществить выведение сколько нибудь полезной (в смысле массы) нагрузки в одну ступень. Теоретический предел для пары водород+кислород подходит к 4600 м/с и выше достичь нельзя. Выше только у ЯРД, однако кто будет включать ЯРД в атмосфере?

К тому же удельный импульс это ещё не всё. Ионные РД имеют очень высокий УИ, однако крайне низкую тягу. А при полете в атмосфере на начальном участке выведения играет роль тяга, для преодоления силы тяжести и сопротивления воздуха. Тяга тем выше, чем выше плотность используемых топливных компонент.

Ракеты для первых ИСЗ имели 2 ступени (Р-7 например). Для более тяжелой техники необходимы уже три. Самой совершенной в весовом смысле была американская "Атлас" (старая, используемая по программе Mercury) , по сути выводила ПН в полторы ступени - бак был один, а в первую ступень сбрасывались только два из 3х двигателей.

При выведении есть специфика управления полетом. Атмосферный участок выгодно проткнуть вертикально, однако в конце траектории необходимо обеспечить направление вектора скорости параллельно поверхности Земли. Поэтому необходимо обеспечить наклон траектории. Первые несколько секунд ракета идет вертикально, снимаясь со стартовых устройств, потом выполняется программный наклон траектории, пока скорость ещё не слишком велика, дальше траектория наклоняется уже за счет силы тяжести. "Заатмосферный" участок (как раз после сброса первой ступени) характеризуется программным поворотом по тангажу с заданной угловой скоростью, для получения в итоге нужной величины и направления конечной скорости.

Примерно так, очень упрощенно. Всё в совокупности и приводит к развитым сейчас техническим решениям.

 Профиль  
                  
 
 Re: А почему ракеты 2-3 ступенчатые?
Сообщение19.12.2013, 23:53 


24/05/09

2054
Один мощный двигатель и один бак может и были бы предпочтительнее в плане веса, но такие мощные двигатели делать не получается - сопла прогорают. Поэтому используется более тяжёлая и громоздкая сборка из многих маломощных двигателей. Сброс отработавших ступеней с ставшими ненужными двигателями единственное решение запустить что-либо, не имея достаточно мощного двигателя. Королёв кажется придумал...

 Профиль  
                  
 
 Re: А почему ракеты 2-3 ступенчатые?
Сообщение20.12.2013, 14:31 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


06/04/10
3152
Alexu007 в сообщении #803702 писал(а):
Один мощный двигатель и один бак может и были бы предпочтительнее в плане веса, но такие мощные двигатели делать не получается - сопла прогорают. Поэтому используется более тяжёлая и громоздкая сборка из многих маломощных двигателей. Сброс отработавших ступеней с ставшими ненужными двигателями единственное решение запустить что-либо, не имея достаточно мощного двигателя. Королёв кажется придумал...

Придумал это ещё Циолковский.
А из формулы его имени следует невозможность достижения больших скоростей на однодвигательной установке: мало отношение начальной массы к конечной - доля массы двигателя и баков великовата.

 Профиль  
                  
 
 Re: А почему ракеты 2-3 ступенчатые?
Сообщение20.12.2013, 15:18 
Заслуженный участник


07/07/09
5281
Парджеттер в сообщении #771414 писал(а):
Поэтому отбрасывание отработанных ступеней получается выгоднее.


На видеозаписях отработавшие элементы удаляются от оставшейся части ракеты довольно медленно . Их масса бесполезно выбрасывается.
Напрашивается решение по энергичному отталкиванию от этой массы.
Применяют ли что-нибудь такое?

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 19 ]  На страницу 1, 2  След.

Модераторы: profrotter, Парджеттер, photon, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group