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齐奥尔科夫斯基火箭方程

1903-05-10
  • Konstantin Tsiolkovsky
航空航天工程师在现代办公室里讨论齐奥尔科夫斯基火箭方程。

(图片仅供参考)

该方程描述了遵循火箭基本原理的飞行器的运动:这种装置可以通过高速抛射自身部分质量来获得加速度。它与…… 速度变化量 火箭可以达到其有效排气速度,初始质量和最终质量由 [latex]Delta v = v_e ln frac{m_0}{m_f}[/latex] 给出。

The Tsiolkovsky rocket equation is the cornerstone of rocket science, derived from the principle of conservation of momentum. In the formula, [latex]\Delta v[/latex] is the maximum change of velocity of the vehicle, [latex]m_0[/latex] is the initial total mass (including propellant), [latex]m_f[/latex] is the final total mass (without propellant), and [latex]v_e[/latex] is the effective exhaust velocity of the propellant. The term [latex]\ln(m_0/m_f)[/latex] represents the natural logarithm of the mass ratio.

该方程揭示了火箭技术的几个关键原理。首先,速度增量​​(Δv)与排气速度成正比;排气速度更高的发动机(例如离子推进器)可以用更少的推进剂达到相同的速度增量。其次,速度增量​​与质量比呈对数关系。这意味着,要使速度增量呈线性增长,质量比必须呈指数级增长。这种“火箭方程的束缚”解释了为什么获得高速度增量如此困难:每增加一个单位的推进剂,不仅能提供推力,还会增加需要加速的初始质量,导致收益递减。这正是使用多级火箭的根本原因,多级火箭在飞行过程中会脱落部分质量(空级),以提高剩余级的质量比。

UNESCO Nomenclature: 3301
航空航天工程

类型

抽象系统

中断

革命

用法

广泛使用

前体

  • 艾萨克·牛顿第二和第三运动定律
  • 动量守恒原理
  • 约翰·纳皮尔对对数的数学发展

应用程序

  • 多级火箭设计
  • 航天器推进剂质量分数的计算
  • 化学推进和电力推进系统的性能分析
  • 星际旅行概念可行性研究

专利:

NA

潜在创新理念

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相关术语:齐奥尔科夫斯基火箭方程、火箭科学、速度增量、比冲、质量比、推进剂、排气速度、航天飞行、天体动力学、康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基。

历史背景

齐奥尔科夫斯基火箭方程

1897
1900
1900
1903-05-10
1910
1910
1910
1890
1899-01-01
1900
1903
1906
1910
1910
1910

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

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