Коэффициент полезной нагрузки летательных аппаратов и ракет-носителей.
Payload fraction
Коэффициент полезной нагрузки в авиации и космонавтике: эффективность конструкции, зависимость от массы груза, топлива и удельного импульса. Оптимизация веса!
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Измерение эффективности летательных аппаратов и космических кораблей
Measure of aircraft/spacecraft efficiency
В аэрокосмической инженерии, коэффициент полезной нагрузки – это распространенный термин, используемый для оценки эффективности конкретной конструкции. Коэффициент полезной нагрузки определяется как отношение массы полезной нагрузки к общей массе аппарата в начале полета. Он является функцией удельного импульса, массового коэффициента топлива и структурного коэффициента. В авиации стандартной практикой является заправка меньшего количества топлива для коротких перелетов с целью снижения веса и расхода топлива. Поэтому коэффициент полезной нагрузки рассчитывается аналогичным образом, но на основе суммарного веса полезной нагрузки и топлива по отношению к общему весу. Пропеллерные авиалайнеры имели коэффициент полезной нагрузки порядка 25–35%. Современные реактивные авиалайнеры имеют значительно более высокий коэффициент полезной нагрузки, порядка 45–55%. Для орбитальных ракет коэффициент полезной нагрузки составляет от 1% до 5%, в то время как коэффициент полезной нагрузки с учетом топлива может достигать 90%.
In aerospace engineering, payload fraction is a common term used to characterize the efficiency of a particular design. The payload fraction is the quotient of the payload mass and the total vehicle mass at the start of its journey. It is a function of specific impulse, propellant mass fraction and the structural coefficient. In aircraft, it is standard practice to load less than full fuel for shorter trips to reduce weight and fuel consumption. For this reason the useful load fraction calculates a similar number, but based on the combined weight of the payload and fuel together in relation to the total weight. Propeller driven airliners had useful load fractions on the order of 25–35%. Modern jet airliners have considerably higher useful load fractions, on the order of 45–55%. For orbital rockets the payload fraction is between 1% and 5%, while the useful load fraction is perhaps 90%.
Примеры
Масса при взлете Масса полезной нагрузки к НОО Соотношение масс Falcon 9 Блок 5549,054 кг + 22,800 кг22,800 кг25.13.99%Протон-М705,000 кг + 23,000 кг23,000 кг31.73.16%Long March 3B/E458,970 кг + 11,500 кг11,500 кг40.92.44%Ariane 6860,000 кг + 21,500 кг21,500 кг41.02.44%Electron13,000 кг + 300 кг300 кг44.32.26%SpaceX Starship200,000 кг + 5,000,000 кг200,000 кг263.85%Союз 2.1b312,000 кг + 8,200 кг8,200 кг40.02.50%Space Shuttle2,030,000 кг27,500 кг73.81.35%Apollo 17 Saturn V2,961,860 кг48,609 кг до TLI60.91.64%Apollo 17 Lunar Module Descent stage12,805 кг1,000 кг (суборбитальная дистанция 320 км)12.87.81%
Vehicle Liftoff Mass Payload Mass to LEO Mass ratio Payload fractionFalcon 9 Block 5549,054 kg + 22,800 kg22,800 kg25.13.99%Proton M705,000 kg + 23,000 kg23,000 kg31.73.16%Long March 3B/E458,970 kg + 11,500 kg 11,500 kg40.92.44%Ariane 6860,000 kg + 21,500 kg21,500 kg41.02.44%Electron13,000 kg + 300 kg300 kg44.32.26% SpaceX Starship 200,000 kg + 5,000,000 kg 200,000 kg 26 3.85% Soyuz 2.1b 312,000 kg + 8,200 kg 8,200 kg 40.0 2.50% Space Shuttle 2,030,000 kg 27,500 kg 73.8 1.35% Apollo 17 Saturn V 2,961,860 kg 48,609 kg to TLI 60.9 1.64% Apollo 17 Lunar Module Descent stage 12,805 kg 1,000 kg (320 km distance suborbital) 12.8 7.81%
Для долей полезной нагрузки и топливных фракций в авиации, см. Топливная фракция.
For payload fractions and fuel fractions in aviation, see Fuel Fraction.