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2 # 蛋科夫斯基
起飛過程中空氣阻力很大。
雖然在起飛之初,重力遠大於空氣阻力。如果分析一個簡單的物體所受空氣阻力,那麼空氣阻力F=kv^2。其中k和外形材料等有關,並且隨著高度增加空氣密度減小,k也會越來越小。
但是火箭就較為複雜了,涉及到其外形,各個部分都有不同的情況。比如定長繞流時的區域性載荷火箭外形一般由若干個柱面和錐面組合構成,因而在火箭外形上常有拐點。在火箭初始飛行階段,在拐點處可能產生區域性壓力峰值,出現非常大的區域性定常載荷。
我也沒算過到底空氣阻力會不會超過重力,可能在突破音障的時候達到峰值,這個時候有可能阻力大於重力。當然這還涉及到是什麼火箭,輕型火箭並且消耗了很多燃料之後,肯定這時阻力大於重力了。重型火箭就不一定了,因為還攜帶著大部分載荷呢。
為啥到了音障速度,空氣阻力會達到峰值呢?由於聲波的傳遞速度是有限的,移動中的聲源便可追上自己發出的聲波。當物體速度增加到與音速相同時,聲波開始在物體前面堆積。如果這個物體有足夠的加速度,便能突破這個不穩定的聲波屏障,衝到聲音的前面去,也就是衝破音障。
突破音障的速度就是突破聲音傳播的速度,即340米每秒左右(取決於空氣溫度等條件)或者我們叫它1馬赫。
這時還會有氣流分離現象,在火箭表面的拐角處,在一定條件下會發生繞火箭的非定常的氣流分離,引起抖振。在跨音速飛行時,這些地方成為區域性超音速區併產生激波,激波的前後移動、氣流分離和附體的交替出現,形成區域性氣流的非定常隨機特性,會在火箭區域性地方產生很大的非定常載荷,甚至引起結構振動。
在這之後,空氣阻力應該不會太大了,並且隨著高度的增加,空氣變得越來越稀薄。阻力會進一步減小。
我們把火箭垂直髮射,就是為了使的火箭儘快脫離大氣層,這樣才不會因為空氣阻力而損失過多的燃料。
所以這個過程中,空氣阻力不可忽略。
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所以可知,在火箭時度小於一百公里的時候,所受阻力小於引力,在火箭時度大於一百公里的時候,所受阻力大於引力。
但是火箭速度是全程增加的,就是火箭要同時克服重力和阻力,力量還要有剩餘,速度才能不斷增加。
另一方面,火箭不僅要達到一定高度,還要有一點的水平速度才能進入軌道,而且火箭獲得水平速度,比達到高度,還要多幾倍的能量。