Welche Rolle spielt die Endgeschwindigkeit bei einem Raketenstart?

Der Abschnitt über die Endgeschwindigkeit auf dem KSP-Wiki sagt, dass die Endgeschwindigkeit "die Geschwindigkeit darstellt, mit der ein Schiff während eines Kraftstoff-optimalen Aufstiegs nach oben fahren soll." Es hat auch eine Tabelle von Endgeschwindigkeiten in verschiedenen Höhen, berechnet auf der Grundlage der Schwerkraft. Insbesondere heißt es, dass die Endgeschwindigkeit in Kerbins Atmosphäre bei 10 km etwa 240 m / s beträgt.

An einigen Orten auf KSP-verwandten Foren habe ich gesehen, dass die Leute behaupten, dass für die Kraftstoffeffizienz, sollte man Drossel in den unteren, dickeren Teilen der Atmosphäre reduzieren, um zu vermeiden, die Endgeschwindigkeit zu überschreiten; Vor allem habe ich gesehen, dass die Leute sagen, dass man vermeiden sollte, schneller als 240m / s unter 10km Höhe zu gehen. Ich vermute, dass dieser Rat falsch ist, aber ich möchte dafür sorgen, dass mein eigenes Verständnis richtig ist.

Die Terminalgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, in der der Widerstand gleich ist. Drag ist proportional zu Geschwindigkeit, während Schub ist in der Regel nicht, so wie Sie schneller gehen, ziehen Sie erhöht, bis es storniert alle Schub und Sie können nicht schneller gehen. Drag ist auch proportional zur atmosphärischen Dichte, so dass die Endgeschwindigkeit mit der Höhe variiert. Aber entscheidend ist auch die Endgeschwindigkeit proportional zum Schub.

Wenn Sie ein Skydiver sind und Sie aus einem Flugzeug springen, können Sie fallen, bis Sie die Endgeschwindigkeit erreichen, basierend auf dem Körperkoeffizienten Ihres Körpers. Wenn du deinen Fallschirm öffnest, wirst du dich verlangsamen, da du deinen Widerstand stark erhöht hast, ohne deinen "Schub" (die nach unten gerichtete Kraft der Schwerkraft) zu ändern, was deine Endgeschwindigkeit unter deiner aktuellen Geschwindigkeit verringert. Aber wenn du eine Raketenpackung anstatt eines Fallschirms trinkst, und du zeigst es auf den Boden und entzünde die Rakete, du wirst beschleunigen: Du hast jetzt mehr Abwärtsschub, und es braucht mehr Geschwindigkeit, um genügend Widerstand zu schaffen, um sich auszugleichen Es raus Ihre Endgeschwindigkeit ist erhöht.

Das sagt mir zwei Dinge:

  • Es ist unmöglich, die endgültige Geschwindigkeit zu beschleunigen; Sie können sich nur asymptotisch an sie wenden. Es macht keinen Sinn, Drossel zu reduzieren, um zu vermeiden, es zu überschreiten, weil das nicht passieren kann. (Die Verringerung der Drosselklappe während des Fluges verringert tatsächlich Ihre Endgeschwindigkeit, möglicherweise unterhalb Ihrer aktuellen Geschwindigkeit, wodurch Sie es übersteigen.)
  • Die 240m / s-Nummer (und der Rest dieses Tisches auf dem Wiki) gilt nur für einen unbeweglichen Fall durch die Atmosphäre, wo der "Schub" nur die Schwerkraft ist. Es ist nicht relevant für einen Raketen-Aufstieg.

Allerdings hat Kerbal Engineer eine Auslesung, die die Endgeschwindigkeit während des Fluges zeigt, und es scheint proportional zum Schub zu sein, aber mit einem hochgenauen Schub-Gewicht-Verhältnis kann ich es über einen signifikanten Spielraum überschreiten. Ich weiß nicht, ob diese Anzeige richtig ist, und wenn es so ist, wie es möglich ist.

Apropos TWR, mein Verständnis ist, dass höher ist besser für Kraftstoffeffizienz, da mehr Schub bekommt man auf Orbit schneller und Sie verbringen weniger Kraftstoff auf nur Gegenwirkung der Schwerkraft. Aber wenn ich die Drosselklappe reduziere, um zu versuchen, unter 240m / s zu bleiben, bis ich 10km erreichte, ergibt sich eine ziemlich niedrige TWR, knapp über 1,0 bei liftoff.

Angesichts all dessen, was ich gerne wissen möchte, ist: für optimale Kraftstoffeffizienz gibt es eine bestimmte Geschwindigkeit gegen Höhenprofil, die ich bei einem Start verfolgen sollte? Oder sollte ich meine TWR so hoch wie möglich bekommen, um schnell in die Umlaufbahn zu kommen und meine tatsächliche Geschwindigkeit zu ignorieren (solange ich nicht so schnell gehe, dass ich verbrenne)?

Grundsätzlich liest man über eine alte Faustregel aus dem ursprünglichen Aerodynamikmodell, bei der die Endgeschwindigkeit etwa die ideale Aufstiegsgeschwindigkeit war. Dies ist unter dem neuen Aerodynamikmodell nicht mehr wahr, weil der Schleppling jetzt berechnet wird, während Sie sich bewegen. Hier ist eine verwandte Diskussion über reddit . Die ideale Aufstiegsgeschwindigkeit ist nun nach Bühne und Winkel variabel und sollte durch Testen und evtl. Mathematik bestimmt werden

Die ideale Aufstiegsgeschwindigkeit ist immer noch die Endgeschwindigkeit der Rakete. Das hat sich nicht geändert Doch was hat sich geändert, dass die Berechnung der Endgeschwindigkeit nicht mehr so ​​trivial ist wie das neue Aerodynamikmodell, denn jetzt hängt es nicht von der Höhe allein ab, sondern auch davon, wie aerodynamisch Ihr Schiff entworfen ist und wie es sich orientiert.

Aber in meiner Erfahrung, solange du versuchst, deine Raketen aerodynamisch zu bauen (Nasen-Kegel auf alles, jede radial montierte Ausrüstung in Service-Schächten, komplexere Nutzlasten in aerodynamischen Muscheln versteckt), werden Sie eine harte Zeit immer noch nah an Endgeschwindigkeit in den meisten Flugphasen. Also geh einfach für maximalen Schub.

Betrachten Sie die Gleichung für die Endgeschwindigkeit:

Endgeschwindigkeit = sqrt (2 * Masse * Beschleunigung / (Fläche * Luftdichte * Widerstandskoeffizient))

Der Druck fällt exponentiell mit der Höhe, also auch wenn man bei der Endgeschwindigkeit steckte, warte nur eine Weile. Im nächsten Augenblick wird Ihre Höhe linear zunehmen, Ihr Druck / Ihre Dichte sinkt exponentiell, und Ihre Endgeschwindigkeit erhöht sich schneller als linear. Wenn die Endgeschwindigkeit ein Problem wird, wird Ihre Höhe immer noch exponentiell ansteigen, aber sie wird auf eine bestimmte exponentielle Kurve begrenzt. Wenn du das Vakuum erreichst, wird deine Geschwindigkeit in dieser Höhe invariant zu einem Anstieg des Schubs.

Wie bei Lawton, glaube ich auch, dass die Endgeschwindigkeit hier nicht sehr nützlich ist. Ich habe einige meiner eigenen Tests mit klingenden Raketen probiert (ich ermutige jeden, das gleiche zu tun). Mit KSP Version 1.2 habe ich 9 Vektor-Motoren auf eine kleine Rakete gelegt, flog es gerade auf verschiedene Drosselklappen, und als ich die Höhe von Kerbins Atmosphäre erreichte, nahm ich meine Apoapsis auf. Ich sah nie eine Mütze zu apoapsis, nicht einmal ein Zeichen, das ich erreichte. Apoapsis erhöhte sich linear auf Drosselklappe, vielleicht sogar subtil exponentiell. Allerdings habe ich verbrannt eine Reihe von Raketen in den Prozess, so gibt es gute Gründe, um Schub zu reduzieren, nur keine über die endgültige Geschwindigkeit.