Questão:
Alguém sabe calcular o KG por segundo de RP-1 e LOX a partir dos 9 motores Merlin 1D?
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2018-09-06 16:21:26 UTC
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como pode ser visto no título, eu passei por pelo menos 1.000 guias do Chrome nas últimas horas tentando encontrar algum tipo de resposta definitiva, mas não encontrei absolutamente nada. Alguém poderia me ajudar com um cálculo de 7.607 kN para o consumo de combustível KG / s

Dois respostas:
uhoh
2018-09-06 16:39:16 UTC
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Como @RussellBorogove aponta em sua excelente resposta, Isp ou "impulso específico de massa" é o número que expressa a relação entre o empuxo e a taxa de fluxo de massa.

Massa o impulso específico com unidades seria Newtons por kg / s. Embora tenha unidades de m / s e possa ser idêntica ou pelo menos bastante próxima da velocidade média do escapamento (que terá uma distribuição), a derivação abaixo é uma maneira útil de lembrar como as coisas estão relacionadas e / ou para fazer as unidades funcionarem.


A força pode ser equiparada à mudança no momento por unidade de tempo.

$$ F = \ frac {dp} {dt} $$

Momentum é massa vezes velocidade:

$$ p = mv $$

Então,

$$ F = v \ frac {dm} {dt} = v \ dot { m} $$

onde $ \ dot {m} $ é a taxa de massa.

O O impulso específico de um Falcon 9 Merlin 1D está a cerca de 262 segundos na atmosfera. Multiplique isso pela gravidade padrão de cerca de 9,81 m / s ^ 2 para obter uma velocidade de exaustão de cerca de 2570 m / s.

$ $ 7.607.000 \, \ mathrm {kg \, m / s} ^ 2 = 2570 \, \ mathrm {m / s} \ \ dot {m} $$

Resolva para $ \ dot {m} $ .

$$ \ dot {m} = \ frac {7.607.000} {2570} \ mathrm {kg / s} = 2960 \, \ mathrm {kg / s} $$

Essa é uma maneira de como calcular o kg / seg de RP-1 e LOX. Se você quiser saber cada um separadamente, encontre a razão entre os dois. Pesquise neste site a proporção de combustível oxidante ou termos semelhantes se você não conseguir encontrar na Internet.

Isso pressupõe 100% de eficiência e ignora o combustível necessário para a turbobomba.
@Hobbes interessante, como é definida a eficiência? Se você pode adicionar algo a esta resposta ou postar algo melhor, vá em frente! A situação de "mil guias" do OP parecia que eles precisavam de algo logo mais do que três dígitos significativos.
@Hobbes Acabei de perguntar [No contexto do cálculo da taxa de fluxo de massa de empuxo e Isp, como uma eficiência adicional seria definida?] (Https://space.stackexchange.com/q/30500/12102) Isso pode ser um melhor lugar para explicar do que comentários.
Acho que a resposta de uhoh está próxima. Aqui está outra abordagem (menos precisa): o primeiro estágio tem 245.620 L de oxigênio líquido e 146.020 L de combustível RP-1 [1]. Vamos supor que a densidade do oxigênio seja 1,1417 [2] e RP- 1 densidade como 0,915 (média de 0,81 e 1,02 em [3]). Portanto, temos 280424 Kg de oxigênio e 133608 Kg de RP-1. O tempo de queima do primeiro estágio é 162s [4]. Então (280424 + 133608) / 162 = 2555 Kg / s. [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Falcon_9#cite_note-falcon9-2015-3[2] http://www.uigi.com/o2_conv.html[3] https://en.wikipedia.org/ wiki / RP-1 [4] https://www.spacex.com/falcon9
Considerando que os motores não estarão em seu impulso máximo durante todo o período de 162 (eles diminuem a velocidade pelo menos durante Max-Q, eu acho) e as incertezas sobre esses números, acho que a resposta uhoh está correta no mínimo na ordem de magnitude. A propósito, usando este cálculo, obtemos 1731 Kg / s para o Oxigênio e 824 Kg / s para RP-1.
A abordagem da BlueCoder é a que eu também tinha em mente, mas não consegui encontrar os números em curto prazo.
@2012rcampion sua edição mudou minha resposta de uma resposta à pergunta do OP "... como calcular ..." para uma resposta a "..qual é o valor de ...". Achei melhor deixar um pouco sem dizer para dar ao OP a satisfação de fazer um pouco de matemática e descobrir por si mesmo a resposta, já que eles perguntaram especificamente como calcular algo. Sua edição faz parecer que acredito no número real de 2.960 kg / s, * que eu deixei de fora intencionalmente * porque * não queria relatar ou defender um número específico. *
@2012rcampion Visto que (at) BlueCoder [resposta] (https://space.stackexchange.com/a/30502/12102) opta por fazer os números, eles já relataram um valor para isso lá, então não é necessário fazer aqui . E embora [não tenhamos uma política de dever de casa específica] (https://space.meta.stackexchange.com/q/982/12102) como alguns sites fazem, sinto que há um certo [camaradagem] (https: / /english.stackexchange.com/q/362960/217285) cordialidade para não responder a uma pergunta que pede especificamente apenas como fazer algo, em vez de "me diga qual é a resposta."
Este desempenho de combustível leva em consideração o peso? Esqueci de perguntar antes, mas como você calcularia entre uma carga útil completa e uma carga útil vazia no desempenho de combustível? Cargas úteis de peso mais baixo podem ir mais longe e durar mais tempo do que cargas úteis mais pesadas para a LEO, por exemplo.
BlueCoder
2018-09-06 17:26:05 UTC
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Acho que a resposta da uhoh (7607000/2570 = 2959 Kg / s) está próxima.

Aqui está outra abordagem (menos precisa):

O primeiro estágio tem 245.620 L de oxigênio líquido e 146.020 L de combustível RP-1 (1)

Vamos supor que a densidade do oxigênio seja 1,1417 (2) e a densidade RP-1 como 0,915 (média de 0,81 e 1,02 em (3)).

Portanto, temos 245620 * 1,1417 = 280424 Kg de oxigênio e 146020 * 0,915 = 133608 Kg de RP -1.

O tempo de queima do primeiro estágio é 162s (4).

Então (280424 + 133608) / 162 = 2555 Kg / s.

Considerando que os motores não estarão em seu impulso máximo durante todo o período de 162 (eles diminuem a velocidade pelo menos durante Max-Q, eu acho) e as incertezas sobre esses números *, acho que a resposta uhoh está correta em o mínimo na ordem de magnitude.

A propósito, usando este cálculo, obtemos 1731 Kg / s para o oxigênio e 824 Kg / s para RP-1.

  • Eu apenas considerei boas as primeiras fontes que encontrei por aí. Para fazer uma estimativa melhor, eu iria pelo menos verificar com mais cuidado a densidade real de RP-1 e também dar uma olhada no nível de empuxo durante todos os 162 segundos. Observe também que parte do combustível do primeiro estágio é mantido para o pouso.


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