Обзор космических технологий от Стивена Лернера
Есть интересная тема, о которой мало наслышаны
Сила, из учебника физики, величина векторная. Реактивная тяга является выражением сил. Собственно, по закону Ньютона, грубо говоря, реактивная тяга образуется отталкиванием истекающего потока от сопла, из которого она истекает. Истечение происходит не только по оси сопла, но и есть потери, связанные с истечением части "рабочего тела" по векторам, отклоняющимся от оси. Струя, грубо говоря, "расползается".
Многие видели, как на реактивных самолетах сопло двигателя сжимается и раздвигается. Сопло "сжимается", чтобы максимально уменьшить потери на боковые векторы силы истекающего газа.
Те, кто смотрел запуски ракет, наверняка обращали внимание, что при старте, на малых высотах, где атмосферное давление максимальное, реактивная струя из ракетного двигателя смотрится, как ровный столб огня. По мере набора высоты, со снижением атмосферного давления, этот поток постепенно расширяется и в конце концов превращается в красивый цветок.
С одной стороны, снижение внешнего давления увеличивает перепад давления и увеличивает скорость истечения рабочего тела, что приводит к увеличению тяги и удельного импульса.
С другой стороны, эффективная тяга снижается, поскольку всё меньший процент энергии остается на оси двигателя, всё больше рабочего тела уходит в стороны.
Чтобы с этим эффектом как-то бороться, надо увеличивать размер сопла, увеличивать площадь, на которую давит истекающий поток. Делались попытки строить выдвижное сопло. Попытки успехом не увенчались.
Можно делать разные двигатели для нижних и верхних слоёв атмосферы. Так фон Браун поступил с Сатурном-5. Классический пример: первая ступень с 5 двигателями F-1 и соответствующими соплами, вторая ступень с 5 водородными двигателями J2 с соплом для верхних слоёв атмосферы, и треться ступень - 1 двигатель J2 для вакуума, с огромным соплом. На Фальконах, например, ставят "атмосферную" и "вакуумную" версии одного и того же двигателя Мерлин-1Д. Версии отличаются размерами сопла.
Законный вопрос: а почему и для низких высот не делать сопло большего размера?
Читать статью полностью на сайте: http://neane.ru/rus/7/write/0238.htm