ВЛИЯНИЕ МАССЫ В РЕАКТИВНОМ ДВИЖЕНИИ

© О.В.Колготин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и механика космического полета"
2002 г.

В настоящее время ракетостроение вышло на определенный уровень развития, и дальнейшее совершенствование данного класса техники связано с поиском новых резервов как по энергетическим, так и по конструктивным параметрам. Для этого надо более внимательно взглянуть на процессы как в двигателе, так и при движении аппарата в целом. Реактивное движение, как всякое движение, подчиняется двум основным законам, сохранения - энергии и импульса. Обычно при рассмотрении реактивного движения используется только один закон — закон сохранения импульса в виде уравнения Мещерского, которое при определенных допущениях приводят к формуле Циолковского. При этом за пределами рассмотрения остается целый класс интересных и малоизученных явлений.

Все реактивные двигатели можно разбить на четыре группы по типу и количеству рабочего тела и энергии. Т. е. количество рабочего тела может быть ограничено, например, запасом топлива, может быть неограниченным — в случае работы в среде. Аналогично и запас энергии может быть как ограниченным — тем же запасом топлива, так и неограниченным в случае подвода энергии извне. При разработке конкретного типа двигателя под конкретную задачу встает вопрос о правильном выборе схемы двигателя, его экономических характеристиках. Это особенно важно в случае выполнения задачи при меняющихся условиях при движении ЛА в разных средах, либо в среде и в пустоте. Также важным является правильное и наиболее оптимальное использование запасенного на борту рабочего тела или источника энергии или и того и другого.

Была составлена простейшая модель и проведено численное исследование реактивного движения. Введя КПД двигателя, как отношение полезной работы, перешедшей в кинетическую энергию ЛА ко всей подведенной энергии, были построены графики изменения КПД, как функции от числа Циолковского. Особенность реактивного КПД состоит в том, что он зависит только от отношения начальной и конечной масс, а также от закона изменения массы ЛА и изменения энергетики рабочего тела.

Полученные данные позволяют сделать вывод: удельный импульс является более сложной функцией, чем принято считать, и меняется не только при изменении внутрибаллистических параметров двигателя, а так же как и КПД зависит от внешней баллистики ЛА.

Таким образом можно сделать следующие выводы:

- Использование общепринятой теории двигателей и формул, применяемых при их расчетах, имеет хотя и широкое, хорошо обоснованное применение, но все же ограничено по классу задач и двигателей.

- Использование описанной выше методики позволяет расширить количество исследуемых задач, а также оптимизировать существующие методы.

- Использование описанных выше подходов открывает возможности для создания новых классов двигателей, обладающих повышенными характеристиками по сравнению с существующими, а также модернизации существующих двигателей.