>>Остальное обсуждение действительно не принципиально, но вопрос сводится не только к "определению скорости звука в облаке выхлопа РДТТ".
>Вопрос к этому не сводится.
>1) Впервые конус проявляется тогда, когда облако выхлопа РДТТ не поспевает за газами, движущимися внутри конуса Маха ракеты.
Когда ракета летит в облаке газов от РДТТ, никакого "конуса Маха ракеты" не существует.
>Почему не поспевает?
>а)Прежде всего потому, что внутри конуса Маха газ уже движется вместе с ракетой, а за его пределами неподвижен. Газы РДТТ внутри конуса Маха встречают меньшее сопротивление. Которое сразу возрастает, как только они пытаются пересечь границу конуса.
Никакого "внутри конуса Маха" в это время не существует, потому что не существует самого конуса Маха. Газы РДТТ плотнее и горячее, чем воздух впереди них, они к этому воздуху вообще почти не чувствительны, они эту границу, скорее всего, пролетают не замечая.
>б) Потому что внутри конуса Маха газ уже разогрет. И скорость звука в нем выше. Поэтому при равных скоростях сопротивление сверхзвуковому движению в этой среде меньше, чем в невозмущенном воздухе(меньше М - меньше сжатие, меньше нагрев, в итоге - меньшее противодействующее давление)
Во время работы РДТТ ракета движется в газе со сверхзвуковой скоростью едва ли не задом наперёд - газы из РДТТ попросту опережают РН, летя вперёд неё со свехзвуковой скоростью.
>2) Повторные появления конуса показывают те же самые углы, что и первое. Соответствующая обстановка достаточно хорошо анализируется. В частности, хорошо видно, что конус с непрерывной прямолинейной границей образуется как в облаке дымов, так и на границе с уже явно лишившейся дымов областью - т.е. областью невозмущенного воздуха.
>3) Вообще говоря, известна характерная температура в камерах сгорания пороховых двигателей ~1700 К. И известна температура воздуха на высоте 65 км - что-то около 350 К. Отличие в 5 раз. Корень квадратный - чуть больше 2. Конус Маха мог приобрести угол, соответствующий двойной скорости звука по сравнению с атмосферной - исключительно в том случае, если бы газы РДТТ находились в первобытном состоянии с температурой камеры сгорания.
Конус Маха мог приобрести тот самый угол, что он приобрёл.
>Но уже на выходе из сопла они имеют заметно более низкую температуру - просто потому, что энергия поступательного движения этих газов возникает исключительно за счет тепловой.
Какую температуру имеют газы снаружи РН - вопрос более чем непростой. Потому что, сталкиваясь с атмосферными газами на относительной скорости ок. 5 км/с, газ тормозится и разогревается.
>Простая оценка показывает, что при характерной для твердотопливных двигателей молекулярной массе 30-40 характерных же трехатомных продуктов(вода, углекислый газ) тепловая энергия газов с теплоемкостью трехатомного газа 3R немного отличается от кинетической энергии продуктов сгорания, движущихся с разумной скоростью. Так тепловая энергия тонны газов составляет (1.1-1.4)х10^9 Дж. А кинетическая энергия той же тонны, движущейся с относительной скоростью 1000 м/с это 0.7х10^9 Дж.
Газы РДТТ движутся со скоростью порядка 5 км/с относительно атмосферы и имеют в 25 раз бОльшую кинетическую энергию. Но я не понял, как у Вас получилась кин. энергия тонны в 0,7 ГДж при скорости 1 км/с? Я тут в уме посчитал, у меня получилось 0,5 ГДж. Может, у Вас калькулятор поломался? ;)
>Помимо собственного движения газ совершает работу по радиальному расширению над атмосферным воздухом в объеме не менее 5х10^7 м3(при данных НАСА о скорости), имеющего давление не менее 10 Па(реально больше в 1.5-2.3 раза).
>А это никак не менее 0.5х10^9 Дж.
5х10^7 м3?? Это шар диаметром в полкилометра, что ли?! Нет, тогда лучше брать 5х10^37. Будет убедительнее. :)
>0.5+0.7=1.2
Станислав, десятичный разделитель в российской технической традиции - запятая. Я понимаю, поколение Пепси, всё такое... ;)
>И все это за счет внутренней энергии, имевшейся в камере сгорания. И где этим газам иметь температуру, обеспечивающую удвоение скорости звука?
Где? Станислав, скорость газов относительно атмосферы - ок. 5 км/с, удельная кинетическая энергия, выделяемая при торможении - 12 МДж/кг. При удельной теплоёмкости 1 кДж/(кг*К) этого хватит, чтоб нагреть тот же газ на 12 тыс. К. Только не рассказывайте потом, будто я настаиваю, что газ вокруг ракеты действительно имеет эту температуру. :)
