在SB論壇上討論到發(fā)動(dòng)機(jī)的功率問題,直覺上火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)該是非常大的,但是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)用普通的功率公式P = F * v,顯然是不對(duì)的。
自己做了個(gè)簡單計(jì)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(rèn)為功率是系統(tǒng)總動(dòng)能的改變率,化學(xué)能發(fā)動(dòng)機(jī)的作用是把工質(zhì)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的動(dòng)能。
在時(shí)間t,系統(tǒng)動(dòng)能為Ek(t) = 1/2 * m * v^2
在時(shí)間t+dt,有質(zhì)量為dm的工質(zhì)以相對(duì)速度V噴出,那么此時(shí)的系統(tǒng)總動(dòng)能為
Ek(t+dt) = 1/2 * (m - dm) * (v + dv)^2 + 1/2 * dm * (v - V)^2
動(dòng)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(duì)時(shí)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(xiàng)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(shí)際上就是單位時(shí)間內(nèi)推進(jìn)劑相對(duì)于火箭參照系(非慣性系)獲得的動(dòng)能。
那么以RD170為例,真空功率可以達(dá)到1千3百萬千瓦的樣子。作為對(duì)比,三峽的發(fā)電總功率是大約1千7百萬千瓦。