Domanda:
Calcolo dell'impulso specifico reale o più accurato
ecfedele
2015-04-27 04:39:47 UTC
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Questo potrebbe cadere un po 'sotto i processi chimici, ma ho sentito che è abbastanza pertinente all'aerospaziale per metterlo qui. Fondamentalmente, sto cercando di sviluppare un modo per ricavare $ I_ {sp} $ come pertinente ai motori a razzo piuttosto che fare affidamento sulle informazioni cartografiche.

Poiché l'impulso specifico è essenzialmente la velocità dei gas di scarico lavorare contro la forza gravitazionale,

$$ I_ {sp} = \ frac {v_e} {g_0} $$

... è ovvio che l'equazione ideale della velocità dei gas di scarico può essere sostituito qui, dando qualcosa come

$$ I_ {sp} = \ frac {\ sqrt {\ frac {TR} {M} \ cdot \ frac {2 \ gamma} {\ gamma- 1} \ cdot (1- \ frac {\ rho_e} {\ rho} ^ {\ frac {\ gamma - 1} {\ gamma}})}} {g_0} $$

L'ovvio problema ecco che questa è la velocità del gas di scarico ideale , quindi questa è una sorta di "universo perfetto" $ I_ {sp} $. Poiché la maggior parte dei motori a razzo utilizza propellenti idrocarburi o idrogeno / ossigeno, il vapore acqueo è una frazione importante di questo scarico. E come di solito viene insegnato all'inizio dei corsi di chimica, il vapore acqueo è un fallimento da manuale dei comportamenti dei gas ideali a causa delle sue forze intermolecolari.

Quindi la mia domanda è: esiste una formula di impulso specifica "reale"; qualcosa come l'equazione di van der Waals per questa applicazione?

Considerando il numero di variabili non considerate nella misurazione della velocità di scarico - flusso imperfetto, condensa, molte altre - la formula pratica più accurata sarebbe $ I_ {sp} = {\ Delta v \ over g_0} {m_1 \ over m_0} $ derivata dall'equazione di Tsiolkovsky. Questi valori possono essere misurati con precisione e non ci sono variabili nascoste, semplificazioni o altre dipendenze in questa equazione.
Una risposta:
tckosvic
2015-04-27 20:08:38 UTC
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Non esiste una formula generale per isp che fornisca valori accurati per tutte le combinazioni di propellenti e rapporti di espansione degli ugelli che si potrebbero utilizzare. Il programma NASA Chemical Equilibrium (CEA) può fornire le informazioni che stai cercando e potrebbe essere una risposta alla tua domanda. È utile per qualsiasi sistema propellente comune e molti sistemi propellenti esotici, ad esempio fluoro, metalli, ecc.

Estratto dalla pagina web CEA della NASA:

CEA è un programma che calcola le concentrazioni di prodotto all'equilibrio chimico da qualsiasi insieme di reagenti e determina le proprietà termodinamiche e di trasporto per la miscela di prodotti. Le applicazioni integrate includono il calcolo delle prestazioni teoriche del razzo (isp a qualsiasi rapporto di espansione dell'ugello), i parametri di detonazione di Chapman-Jouguet, i parametri del tubo d'urto e le proprietà di combustione.

Il codice in fortran è liberamente disponibile (controllare il sito web). Questo codice è la "bibbia" per l'industria missilistica. L'ho usato 50 anni fa mentre lavoravo al programma Apollo e ad altri sistemi missilistici.

Il programma è molto veloce. Potresti impostare CEA in modo che sia una chiamata dalla tua applicazione o potresti eseguire un gruppo di casi con i propellenti che ti interessano di più e chiamare un curvefit per i dati per le situazioni specifiche che stai guardando.

Ho pensato a molte cose che potrei dire sul programma CEA, ma nessuna è sufficiente ma "Wow". C'è molto che imparerò da questo codice sorgente.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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