Навчальний посібник Проміжна ракета Designen - Космічна програма Kerbal Wiki

Ця сторінка потребує більше посилань на інші статті, щоб допомогти інтегрувати її у Вікі-програму Kerbal Space Program

Зміст

1 Фізика
2 Центр ваги, точка дії та вплив симетрії, необхідної для вашої ракети.
3 Маса проти вага
4 Відношення тяга-вага
5 Коли опускати підлоги ?
6 Як можна більше натискайте вниз
7 Перетягніть
8 де вам потрібна найбільша потужність ?
9 Довжина або ширина ?
10 Отже, нарешті, який найкращий дизайн ?

Фізичний

Перш ніж вдаватися в подробиці, кілька фактів про фізику. А саме, центр ваги, точка дії та те, як вони впливають.

Центр ваги, точка дії та вплив симетрії, необхідної для вашої ракети.

Центр ваги - це точка у вашій ракеті, де вона знаходиться в ідеальному балансі. Це момент, коли, якщо ракета спиралася на цю, ви могли б підштовхнути її, щоб вона рухалась вільно, не маючи сили тяжіння, тому що зліва, праворуч, зверху, знизу, спереду і ззаду, все має однакову масу в абсолютно збалансованому відношенні до цієї єдиної точки. Це завжди одна точка в просторі, і хоча у вас є дуже дивна форма ракети, ця точка знаходиться десь усередині вашої ракети. На жаль, ця точка зазвичай не є дією, тобто точкою, де ваші двигуни створюють тягу. Якби це сталося, рухи були б плавними, оскільки ми могли б штовхати ракету куди і як ми хотіли (звичайно, ігноруючи опір повітря).

Тож найкраще, що ми можемо зробити, - поставити цю точку дії «позаду» центру ваги і точку її вектора дії у напрямку до центру ваги. Або, простіше кажучи, поставте двигун позаду маси і штовхніть у зворотному напрямку. Те, що здається очевидним на перший погляд, вимагає певних передумов. По-перше, ваша точка дії, іншими словами, векторна сума ваших векторів тяги, для вас, метушливі люди, повинна бути вирівняна з центром ваги. Іншими словами, ваша ракета повинна бути симетричною, щоб бути стабільною. Ви можете спробувати самі. Візьміть мітлу. Покладіть кінець рукоятки на руку, кисть має бути в повітрі, і ви помітите, що можете розмахувати нею. Ви також помітите дві речі: по-перше, ним легко помахати з того моменту, коли ви зосереджені на ньому, і він може дуже легко перекинутися вбік, а якщо так, то ШВИДКО падає. А по-друге, напрочуд легше помахати мітлою щіткою до стелі, ніж лежати на руці.

Це також означає, що поштовхи "всередині" стабілізують ракету, поки тяга рівна з усіх боків. Це змушує ракету залишатися в поточному напрямку, але це також означає, що ви витрачаєте паливо, коли ваші двигуни штовхають один на одного. Думайте про це як про тертя рульових коліс автомобілів.

Маса проти вага

Ваша вага безпосередньо залежить від вашої маси. Тепер, строго кажучи, вага визначається як сила предмета щодо сили тяжіння. Але сила тяжіння тягне кожну точку маси вашої ракети з однаковою силою, роблячи прискорення рівномірним по всьому кораблю. У просторі, не обертаючись і при відключених двигунах, ніякі інші сили не діють, тому це поняття невагомості. Я не впевнений, що це хороша аналогія, але уявіть, що ви знаходитесь у справді стабільному літаку, який летить на постійній висоті та швидкості. Ви не усвідомлюєте, чи рухаєтесь ви вперед. Те саме з гравітацією, за винятком того, що ви не усвідомлюєте, чи прискорюєтесь.

Те, що сприймається як вага, спричинене іншими силами, такими як тертя атмосфери, тяга двигунів або сила контакту під час зльоту. Враховуючи плоску злітно-посадкову смугу, контактна сила точно така ж, як сила тяжіння, але протилежна, інакше ви не злетите. Гравітація тримає вас на землі, контактна сила - це земля, що штовхає вас вгору. Але він діє не рівномірно на кожну точку маси, як гравітація, лише ґрунт штовхає дно посудини, тому сила повинна розподілятися по структурних елементах посудини, і те, що сприймається. вага. Те саме з тягою або аеродинамічними силами.

Але навіть якщо ти невагомий, ти не безмісний.

Щоб скоротити теоретичні проблеми, чим важчі ви, тим більше енергії вам доведеться витратити на перемикання передач та напрямок руху. Чим більша ваша ракета, тим більше палива вам потрібно буде спожити, щоб зробити її швидшою (або повільнішою!). У цій грі теж, як коли ви перевантажені, фізика працює проти вас.

Це також означає, що маса стає «важчою», якщо її кидати з більшою швидкістю. Більша швидкість не збільшує вашої маси (якщо ви не наближаєтесь до швидкості світла, але давайте ігнорувати це поки), але напруга (сприймається як вага) зростає із збільшенням маси. Це називається силою G. На Кербіні ми відчуваємо 1G. (1G визначається як прискорення, рівне силі тяжіння на поверхні Кербіна, яке становить приблизно 9,81 м/с²).

Як це впливає на вашу ракету? Ну, це впливає на нього подвійно. По-перше, чим більше у вас маси, тим більше палива вам потрібно буде спожити, щоб вивести цю масу на орбіту. Ось чому велике не завжди означає краще. Ми докладно розглянемо це пізніше. Другий фактор полягає в тому, що чим більше ви прискорюєте свою ракету, тим більше напруги ви надаєте її елементам. Деякі елементи здатні протистояти цій напрузі. Інші ні. Загалом, легше побудувати повільно піднімається ракету, ніж ту, яка виходить на орбіту з 9G або вище, не просто тому, що пасажирам не дуже подобається, коли вантажівка сидить на грудях (що насправді теж не є проблемою), Зараз проблема полягає головним чином у тому, що прискорення, яке застосовується до ракетних сил на елементи, що утримують їх разом, до їх межі зламу. Це означає, що вам доведеться додати підкріплення (розпірки), які додають масу, яка споживає більше палива.

Відношення тяга-вага

В основному, відношення тяги до ваги є результатом ділення вашої тяги (у ньютонах) на вашу вагу (у кілограмах у прискоренні або в кг.м/с², тобто ... також у ньютонах). Поштовх - це те, що піднімає вас, вага - це те, що тримає вас на землі. І якщо поштовх> вага (ваше відношення поштовху до ваги більше 1), ви піднімаєтесь. Якщо штовхнути Коли опускати підлоги ?

Звільнення підлог дозволяє позбутися мертвої ваги, спожиті підлоги служать лише для непотрібного зважування конструкції. Менша маса означає меншу енергію, необхідну для переміщення решти маси. Найінтуїтивнішим вибором було б зробити якомога більше підлог, щоб нести якомога менше власної ваги. Однак це не правильна стратегія.

Розділення ракети на етапи передбачає наявність деякого обладнання для розділення та, якщо ви використовуєте рідке паливо, іншого двигуна. Цей матеріал являє собою значну додаткову вагу. Підсилювач важить 0,36 одиниці маси, сепаратор для його падіння важить 0,4. Порожній бак важить 0,3. Додатковий двигун та сепаратор для його звільнення важать 2,8.

Вам доведеться знайти компроміс. Не існує жодного жорсткого правила, яке встановлює межу між тим, як кинути підлогу чи ні. Все залежить від того, як довго вам доведеться тягнути мертву вагу, яку він представляє. Якщо між закінченням терміну служби бустера і коли сцена спалить все паливо, є лише кілька секунд, можливо, буде краще тримати бустери прикріпленими, а не тягнути вагу обладнання. З іншого боку, виплачувати їх виплачується, а не тягати їх із собою решту польоту. Звичайно, це залежить, якщо нижній поверх заважає вам переходити на наступний поверх. Майте на увазі, що верхні поверхи служать набагато довше, ніж нижні. Дійсно, ви ніколи не спалите більше палива, ніж під час підйому на орбіту, тому що для цього потрібно постійно працювати на повній потужності. Я знайшов компроміс: мати 4 або 5 резервуарів для першого поверху та 1 або 2 для верхніх поверхів.

Як можна більше натискайте вниз

Неважко помітити, що чим більше тяги ви застосовуєте на старті, тим менше тягарів вам доведеться перетягувати потім. Немає особливого сенсу мати велику тягу вгору по підлогах, якщо на початку вам не вистачає, щоб вийти зі стрільбища. З іншого боку, як зазначалося вище, чим більше тяги ви прикладаєте, тим більше g ваша структура повинна взяти на зліт, що може швидко довести її до точки руйнування. Не кажучи вже про опір повітря, який, очевидно, найбільший у перші хвилини підйому.

Перетягніть

Поговоримо про перетягування. Сподіваюсь, я не помиляюся, бо досить важко зрозуміти, як насправді працює цей аспект. В основному кожна частина вашого корабля має стійкість до повітря. Не має значення один раз на орбіті (супутники рідко мають аеродинамічну форму), але це головна проблема, перш ніж вони досягнуть магічного бар’єру в 70 000 метрів. Я маю невелику інформацію про те, як насправді діє опір на кораблі в KSB. Я можу лише сказати, що він є, і вам, мабуть, слід це взяти до уваги. Наприклад, будувати величезні ракети дуже широкі і одночасно набивати їх запаленими підсилювачами буде поганою ідеєю. Особливо, якщо ви хочете літати цією ракетою на високій швидкості.

Примітка: форма ракети не має значення. Важливо лише додавання значень опору кожної деталі (якщо ви не використовуєте Ferram Aerospace Research). Ось чому структура спаржі (спаржі) працює так добре (через тисячу років люди будуть читати це і дивуватися, що це за літаюча спаржа!).

Де нам потрібна найбільша потужність ?

Ще одна очевидна відповідь: від землі до орбіти. Жоден інший момент польоту вам не доведеться витрачати більше енергії, ніж під час фази орбіти. Перейти з орбіти Кербіна до Мюна, амона, і повернутися в Кербін, щоб висадитися? Легко здійснити шосту частину палива, необхідного для виходу на орбіту. Я не перебільшую. Згадайте ракету «Сатурн V», яка приводила кораблі «Аполлон» до Місяця: з цієї величезної ракети висотою 111 метрів лише дуже мала частина фактично приземлилася на Місяць, а все інше скидалося по дорозі. Із 2800 тонн ракети (більшість з яких - паливо), лише 120 тонн залишилось під час надмісячного впорскування. Тут трапляється те саме: ви споживете 80% пального і скинете приблизно однакову частку свого корабля, перш ніж дістатися до Мун.

Довжина або ширина ?

Бажано ні того, ні іншого. Побудувати дуже довгу ракету приблизно так само погано, як і побудувати дуже велику, з ряду причин. Великі ракети, як правило, дуже важкі в своїй основі, щоб максимально підняти тягу, що означає, що їх важко контролювати і вони колишуться легко. Крім того, якщо тяга не є ідеально збалансованою (якою вона ніколи не буває), вона легко втрачає контроль, і висота кроку та похитування опускають їх на землю. Я підозрюю, що вони створюють багато опору, що означає значну втрату потужності через опір повітря. Великі ракети, як правило, вимагають м’язового SAS, щоб уникнути їх обертання, і вони, як правило, перекидаються, поки не направлять тягу до землі. Подумайте про приклад мітли раніше.

Довгі ракети дуже важко нахилити і випрямити, що робить їх дуже важкими в управлінні і дуже повільними обертами. Вони, як правило, страждають від надмірно масивної верхівки, особливо коли більша частина пального з перших етапів була витрачена, створюючи ракети, які мають тенденцію до носа вниз і можуть бути випрямлені лише з великою кількістю RCS. Довгі ракети часто потребують крил або плавників, щоб залишатися керованими, але залишаються повільними у відповіді та вимагають хороших пілотних навичок. Як правило, вони досить добре тримають свою траєкторію, поки вони збалансовані і піддаються великій тязі, але як тільки ви хочете їх нахилити або випрямити, вони надмірно реагують, особливо в горизонтальному польоті, коли центр маси знаходиться близько до носа пристрою (як правило, це буває в кінці фази підйому, при цьому перша стадія в кінці терміну служби і багато порожніх резервуарів прикріплені до хвоста). Тим не менше, я віддаю перевагу довгим ракетам, аніж великим.

Тож, зрештою, який найкращий дизайн ?

З усіх цих елементів ми можемо вивести деякі правила, які підказують нам, які хороші способи проектування ракети, а які погані.

Добре, якщо ви знімаєте будь-які двигуни, на яких ви можете. Без цього вони мають мертву вагу і повинні бути підняті високо, перш ніж вони стануть ефективними. Якщо це дає вам занадто велику тягу, а прискорення руйнує вашу ракету (занадто багато г), натомість зменшіть потужність своїх двигунів (до

75%). Майте на увазі, що перевищувати 200 м/с на відстані 10000 метрів досить неефективно. Коли ви подолаєте найщільнішу частину атмосфери, ви можете максимально розігнати двигуни. Якщо у вас дуже масивна ракета, може бути непоганою ідеєю розробити перший етап, виготовлений лише з твердопаливних двигунів: вони дуже легкі, і навіть із роздільником їх відношення тяги до ваги все одно краще, ніж двигуни на рідкому паливі. . Їх головний недолік - неможливість контролювати їх тягу або вимикати їх - не є великою проблемою для перших 20000 м, оскільки в будь-якому випадку вам доведеться досягти цієї висоти з двигунами на повній швидкості. Однак не надто сподівайтесь на цю техніку: додавши дві ступені твердих підсилювачів під першу ступінь рідкого палива моєї ракети, я лише один раз врятував половину бака на орбіті. Так, наполовину бак - це все, що ви економите, розмістивши два твердих підсилювача під кожним двигуном на рідкому паливі.

Хоча тверді підсилювачі виглядають привабливо, вони заважають використовувати високоефективну техніку «спаржі» (спаржі). Загальна ідея спаржі полягає в тому, щоб спорожняти резервуари один за одним, а не одночасно, і звільняти їх по ходу.

Масивна ракета вимагає більшої кількості САС, щоб залишатися маневреною. Потрібен лише один модуль ASAS, а більше просто додає ваги. Різниця між SAS та ASAS полягає в тому, що ASAS - це більше автопілот, тоді як SAS - більше гіроскоп. Іншими словами, якщо корабель вийде з-під контролю, ASAS не зможе з цим нічого зробити. Якщо транспортний засіб має крила (що рекомендується для великих ракет), ви могли б обійтися без модулів SAS.

Ваша ракета повинна звузитися вгору. Дивлячись здалеку, він повинен виглядати як дощова крапля або дуже крута піраміда, яку формують радіальні підсилювачі на першій ступені та одномоторний верхній щабель. Ракетам із занадто важким носом часто дуже важко маневрувати, їх центр маси знаходиться далеко від точки дії (там, де застосовується тяга). Чим далі, тим більше важіль важеля, тим більше крил і більше енергії вам знадобиться, щоб тримати ракету на правильній траєкторії.

Більша частина палива спалюється під час першої фази підйому. Потрапляючи на орбіту, навіть черезмісячний впорскування - це лише невелика кількість палива в порівнянні. Ніщо не заважає спроектувати велику першу ступінь дуже потужну і не дуже маневрену, а потім другу ступінь, набагато точніше керовану набагато менше палива. Спробуйте кілька технічних прийомів дизайну. Велику частину часу, протягом перших 20 000 або навіть 40 000 метрів підйому, єдина потреба - тримати ніс ракети направленим вгору.