В физике есть общепринятое понятие и величина (в простейшем случае) механической Работы A движущей Силы F по Перемещению S тела под действием этой силы A=F*S. Одинокая движущая сила разгоняет тело, а в других случаях, движущая сила только поддерживает постоянную Cкорость V тела, тормозящегося усилиями трения и сопротивления. Есть также понятие и величина механической Мощности N, развиваемой движущей Силой при Перемещении тела на отрезке времени t. Мощность по-определению записывается:
N=A/t=F*S/t=F*V*t/t=F*V.
В физике и практической механике громогласно не возникало проблем с этой формулой. Но необходимость создания тяжёлых ракет привела к выявлению противоречия. Кстати, кто-то из физиков сказал, что «самая большая удача для учёного столкнуться с противоречием, и тогда уже от его способностей зависит, сможет ли он уцепиться за противоречие, разобраться в нём и сделать открытие». Отцам-основателям ракетной тематики и всем «профессиональным» физикам это оказалось не по плечу.
В чём суть противоречия. Когда тяга Fт реактивного двигателя единственная (или просто больше противо-усилий) ракета увеличивает скорость Vр. Формальная формула Nт=Fт*Vр приводит к результату постоянно нарастающей «величины» мощности силы тяги. Это почти сразу почти все правильно признали НЕприемлемым по физическому смыслу и по тепловой энергетике двигателя.
Вместо погружения в раздумья относительно сомнительности (откуда-то взявшейся) «базовой» формулы A=F*S, формалисты стали изобретать методики, приводящие к постоянству мощности у ракеты. Первый простой фокус-подлог содержал подмену понятий – в формулу мощности надо ставить постоянную скорость истечения реактивной струи относительно ракеты Nт=Fт*Vc. Просто, но слишком откровенно. И мощности численно получаются нереально умопомрачительными при более детальном анализе.
Вторая придуманная махинация с мощностями более сложная и «научная». Вместо истинной мощности Nт тяги были введены три величины: мощность двигателя Nд, мощность на ракете Np (уже ерунда), и мощность струи Nc (тоже фантом). Причём, ракетная и струйная мощности записываются точно догматическими формулами, к тому же связанными с Законом сохранения импульса и с темпами расхода топлива (потери массы ракеты). Для понимания упрощённо это выглядит так:
Nд=Np+Nc=(Fт*Vp!)+(Fт*Vc!), где величины с ! меняющиеся. Причём, надо соблюдать договорённость: в глобальной неподвижной системе отсчёта СО при положительных Vр! будут отрицательные Vс!, но надо считать их положительными. Тогда методика достижения Nд=const «работает» следующим образом. При начальном покое ракеты после включения двигателя мощность ракеты нулевая, а максимальная мощность струи образует Nд. При наборе ракетой явной скорости Vр!: растёт Nр; а скорость вышедшей струи Vс! в СО по модулю уменьшается; в сумме мощностей получается Nд=const.
Интересный «переломный момент» наступает, когда скорость ракеты уравнивается по модулю со скоростью струи относительно ракеты, т.е. когда Vс! равна нулю. Вроде всё просто - вся мощность Nд заключена в ракете. Но вот вопрос – что будет дальше с динамикой. Вопрос не праздный, ибо над ним «ломали головы» многие. Один из ответов связан с эффектом Оберта. Он был хорошим инженером и мыслящим человеком (признавал инопланетные НЛО), но поверхностным физиком. Если простить догмы-энергетические фантазии эффекта, он по сути ставит практическую проблему – хватит ли топлива для дальнейшего ускорения ракеты после «переломного момента», т.к. в уравнениях есть расход топлива. На результат влияет соотношение общей массы ракеты и самого топлива, по создаваемому давлению - эффективность горения топлива, и много чего ещё.
Для нашей темы мощности реактивной тяги важно другое. Когда ракета продолжает ускоряться, мощность ракеты Nр становится больше постоянной мощности двигателя Nд. Из Nр догматикам надо было что-то вычитать. Решили: поменяем знак на (-) перед мощностью струи Nс; она во времени растёт вместе с модулем Vс! в СО; она вычитается из увеличивающейся Nр, делая мощность двигателя Nд=const. ПОДГОНКА махинацией удалась. Самоуспокоенность и самодовольство догматиков «взлетели до небес».
Пусть запоздало (но лучше чем никогда), пора вернуть их на грешную землю. Покажем порочность самого принципа составной мощности из мощностей двух взаимно отталкивающихся по ЗСИ тел. Подчеркнём, в ракете по отталкиванию работает перепад давления газов в камере сгорания и снаружи. Именно он создаёт силу тяги ускорения ракеты, а также равную силу разгона и выброса газов из сопла. Исходя из этого правильного физического смысла должна была бы применяться в рамках догм именно единственная формула мощности силы тяги Nт=Fт*Vр, но с абсурдным и губительным для догм РОСТОМ пустых чисел мощности.
Но продолжу заводить концепцию составной мощности в научный тупик. Претендуя на звание хорошего физика, здесь временно притворюсь плохим инженером. Пусть полезная ракета с экипажем некой парой сил расточительно отталкивается от твёрдого балласта той же массы. Роль ракеты исполняет длинная рейка линейного асинхронного электродвигателя. Выбрасываемой массой будет болванка якоря («ротора») этого двигателя. Соответственно, тягой реактивного двигателя будет магнитная сила разгона якоря (в электротехнике якорь не тормоз, а что-то двигающееся).
Для конкретности и понимания используем характеристики эквивалентного асинхронного роторного двигателя, применяемого (что близко всем) в компрессоре бытового холодильника. При диаметре ротора 70мм и рабочих 2800 оборотов в минуту – линейная скорость цилиндрической поверхности ротора:
2800/60(*)п*0,07=10м/с округлённо, при этом паспортная мех.мощность 100(Н*м/с). Отсюда, касательная к цилиндру ротора вращающая сила 100/10=10Н. Набор оборотов при включении происходит за 1секунду. Но это при малой силе торможения ротора компрессором. При большей нагрузке (примем 100Н) разгон дольше (для последующего анализа 10секунд). Принципиально для асинхронных двигателей: начальный крутящий момент примерно в 3 раза больше чем на номинальных оборотах 2800; до половины оборотов 1400 он слабо уменьшается, и быстрее падает затем до силы 100Н; для справки, при сетевом напряжении 220Вольт также ведёт себя потребляемый ток и электромощность (КПД незначительно больше 50%). Читатели не обязаны знать все подробности, но кому интересно – это пригодится.
Такой экскурс нужен для исходных данных линейного асинхронного двигателя тяги принятой модели ракеты (хотя их можно было назначить любые – вердикты анализа не будут отличаться). Подытожим. Геометрия магнитных полюсов статора рейки ракеты повторяет асинхронный роторник. Разгон якоря до 10м/с происходит за 10секунд. Первые несколько секунд магнитная сила тяги Fт=300Н примерно постоянная, вместе с потребляемой мощностью UI=600Ватт. Ниже будет ясно, что точные графики последних ничего не изменят.
Чтобы для ясности принять конкретные равные массы ракеты с экипажем (рейки Мр) и балласта (якоря Мя) – воспользуемся ненравящейся догматикам грубой оценкой из равноускоренного разгона. Ускорение а=v/t=10/10=1м/сс. Сила Fт=300Н может придать такое ускорение телу массой:
M=F/a=(300кг*м/сс)/(1м/сс)=300кг=Мр=Мя.
Ну наконец подготовка закончена. Приступаем к теоретическому исследованию мощностей, которое будет даже короче. Пусть в начальный момент времени якорь на исходной позиции на рейке. Включаем электропитание линейного двигателя. Ньютоновская пара сил отталкивания Fт=300Н разгоняет в разные стороны ракету и балласт, каждый с ускорением 1м/сс. После первой секунды модуль их скорости будет 1м/с, после второй секунды 2м/с, после третьей секунды 3м/с. Этого достаточно. Не совсем линейный реальный рост скоростей, а также дальнейший разгон и его характер неважны.
Попробуем определить составную мощность двигателя подобно эффекту Оберта:
Nд=Np+Nя=(Fт*Vp!)+(Fт*Vя!). Плохо получилось: Nд не постоянная, а растёт со временем (тогда как ненулевая UI=const). Может надо вычитать:
Nд=Np-Nя=(Fт*Vp!)-(Fт*Vя!)=0. Ещё хуже. Однако, записной критик может сказать, что это наоборот правильно, ведь общий центр масс замкнутой системы не смещается. НО. После включения струйного реактивного двигателя покоящейся ракеты – общий центр масс (ракета и вылетевшие газы) также всегда неподвижен по ЗСИ, а догматическая мощность двигателя:
Nд=Np+Nc=(Fт*Vp!)+(Fт*Vc!) теперь уже «правильно» должна быть ненулевой? Если же до включения целые конструкции имели скорость, то после включения общий центр масс сохраняет эту скорость.
Совершенно ясно, что можно и нужно по-отдельности применять формулу мощности движущей силы тяги для ракеты-рейки и для балласта-якоря. Но и тогда, по догмам они ошибочно будут увеличиваться со скоростью.
ВЫВОД.
Для обычного реактивного двигателя ракеты (тела) обязана применяться в рамках догм простейшая нежульническая формула мощности Nт тяги от разности давлений среды на торце камеры сгорания:
Nт=Fт*Vp! (!-растущая скорость). Но она не отвечает физическому смыслу и ошибочна, вместе с породившими её энергетическими догмами.
Внутренне непротиворечива и объективна формула мех.мощности силы (каждой из парной силы), приложенной к соответствующему телу:
Nт=Fт, и Nт=Fт=const когда тяга постоянная. Энергетическая (мощностная) сущность непосредственно величины СИЛЫ в расширение статического и динамического её действия - является объективным следствием из истинного всеобъемлющего определения мех.работы любой силы A=F*t. Полная информация о Новой энергетике доступна по соответствующим ссылкам, в статьях и комментариях.
