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火箭發動機的功率計算

2017-05-25
關鍵詞: 發動機 火箭

  在SB論壇上討論到發動機的功率問題,直覺上火箭發動機的功率應該是非常大的,但是火箭發動機用普通的功率公式P = F * v,顯然是不對的。

  自己做了個簡單計算,大家看看是否正確。

  在真空且不考慮重力的條件下,可以認為功率是系統總動能的改變率,化學能發動機的作用是把工質的化學能轉化為系統的動能。

  在時間t,系統動能為Ek(t) = 1/2 * m * v^2

  在時間t+dt,有質量為dm的工質以相對速度V噴出,那么此時的系統總動能為

  Ek(t+dt) = 1/2 * (m - dm) * (v + dv)^2 + 1/2  * dm * (v - V)^2

  動能的改變量為

  dEk = Ek(t+dt) - Ek(t)

  舍去高于一階的無窮小量后,得到

  dEk = m * v * dv - dm * v * V + 1/2 * dm * V^2

  再對時間t取微分,并且考慮到在自由真空中有

  推力 F = dm/dt * Isp * g = dm/dt * V (Isp單位取秒)

  加速度 a = dv/dt = F / m

  這樣前兩項抵消掉了,最后可以得到

  P = dEk / dt = 1/2 * F * V

  或者 P = 1/2 * F * Isp * g (Isp單位取秒)

  還有一種形式是

  P = 1/2 * (dm/dt)* V^2

  實際上就是單位時間內推進劑相對于火箭參照系(非慣性系)獲得的動能。

  那么以RD170為例,真空功率可以達到1千3百萬千瓦的樣子。作為對比,三峽的發電總功率是大約1千7百萬千瓦。


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