作者:variable
TWR 过低时(起飞<1.2)
发动机推力小、整机结构轻量化、结构质量占比低、推进剂携带更多、比冲利用率高。但是爬升极慢,长时间对抗重力,重力速度损失急剧飙升,入轨总 ΔV 需求变大,需要额外燃料补偿;长时间穿越稠密低层大气,气动总损耗增加。
TWR 过高(起飞>1.8)
爬升飞快、重力损失极小、快速飞出大气层、低空气动阻力总耗时短。但是在稠密大气运动过快,气动损耗也会显著上升,燃料过快烧完,无法圆滑转弯入轨,弹道优化空间小。//
TWR 最优是「重力损失 ↔ 结构死重 ↔ 气动阻力 ↔ 过载限制」四者权衡的平衡点,当然在JUNO中的科技,不需要考虑过载限制。
实用设计准则
一级助推级 TWR:1.2 ~ 1.5
燃料耗尽后火箭净重大幅降低,TWR 自然攀升至该区间再分离最合适; 若末态 TWR 过高,代表推力冗余过多、发动机太重;过低则爬升太慢、重力损耗过大。
二级助推级TWR:0.9~1.2
已经脱离低空稠密大气,无需对抗大气阻力,重力随高度下降,推力不需要很大:
初始 TWR:0.9 ~ 1.2 允许略小于 1:火箭已经拥有巨大水平速度,依靠惯性向前飞行,垂直方向不需要持续向上推力,重点追求高真空比冲、燃料效率最大化,不再堆砌大推力发动机。
上面级 TWR:<0.9
全程太空无大气、重力微弱,最优思路:压低 TWR,极致拉高比冲
常规入轨上面级:TWR = 0.5 ~ 0.9
深空转移轨道上面级:0.3 ~ 0.6 优点:发动机极轻、结构质量最小,长时间低推力持续加速,ΔV 效率最高;仅需保证轨道交会、圆轨微调时有足够机动推力即可。
对于无大气星球
天体表面重力更低,不需要克服大气阻力,更高 TWR 可以大幅缩短起飞时间,重力损失极小;着陆阶段 TWR 必须>1,预留减速冗余用于悬停降落。

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