fork download
copy 
  1. #include <iostream>
  2. #include <vector>
  3. #include <cmath>
  4. #include <fstream>
  5. #include <limits> // Для numeric_limits
  6. #ifdef WITH_GNUPLOT
  7. #include "gnuplot-iostream.h"
  8. #endif
  9.  
  10. using namespace std;
  11.  
  12. // Структура для хранения состояния ракеты
  13. struct State {
  14.     double position; // Высота над поверхностью
  15.     double velocity;
  16.     double mass;     // Текущая масса ракеты
  17. };
  18.  
  19. // Структура для параметров модели
  20. struct Parameters {
  21.     double initialMass;      // Начальная масса ракеты
  22.     double fuelConsumptionRate; // Скорость сгорания топлива (кг/с)
  23.     double exhaustVelocity;   // Скорость истечения газов относительно ракеты
  24.     double gravitationalAcceleration; // Ускорение свободного падения
  25.     double dragCoefficient;   // Коэффициент сопротивления воздуха
  26.     double area;              // Площадь поперечного сечения ракеты
  27.     double airDensity;        // Плотность воздуха
  28.     double finalTime;          // Время симуляции
  29.     double timeStep;           // Шаг времени
  30. };
  31.  
  32. // Функция для вычисления производных (правая часть дифференциальных уравнений)
  33. vector<double> derivatives(const State& state, const Parameters& params) {
  34.     double dragForce = 0.5 * params.airDensity * pow(state.velocity, 2) * params.dragCoefficient * params.area;
  35.     double thrust = params.fuelConsumptionRate * params.exhaustVelocity;
  36.     double netForce = thrust - dragForce - state.mass * params.gravitationalAcceleration;
  37.  
  38.     double acceleration = netForce / state.mass;
  39.     double massRate = -params.fuelConsumptionRate; // Масса уменьшается
  40.  
  41.     return {state.velocity, acceleration, massRate};
  42. }
  43.  
  44. // Функция для выполнения одного шага метода Рунге-Кутты 4-го порядка
  45. State rk4Step(const State& state, const Parameters& params) {
  46.     vector<double> k1 = derivatives(state, params);
  47.  
  48.     State state2 = {state.position + params.timeStep * k1[0] / 2.0,
  49.                     state.velocity + params.timeStep * k1[1] / 2.0,
  50.                     state.mass + params.timeStep * k1[2] / 2.0};
  51.     vector<double> k2 = derivatives(state2, params);
  52.  
  53.     State state3 = {state.position + params.timeStep * k2[0] / 2.0,
  54.                     state.velocity + params.timeStep * k2[1] / 2.0,
  55.                     state.mass + params.timeStep * k2[2] / 2.0};
  56.     vector<double> k3 = derivatives(state3, params);
  57.  
  58.     State state4 = {state.position + params.timeStep * k3[0],
  59.                     state.velocity + params.timeStep * k3[1],
  60.                     state.mass + params.timeStep * k3[2]};
  61.     vector<double> k4 = derivatives(state4, params);
  62.  
  63.     return {state.position + params.timeStep * (k1[0] + 2.0 * k2[0] + 2.0 * k3[0] + k4[0]) / 6.0,
  64.             state.velocity + params.timeStep * (k1[1] + 2.0 * k2[1] + 2.0 * k3[1] + k4[1]) / 6.0,
  65.             state.mass + params.timeStep * (k1[2] + 2.0 * k2[2] + 2.0 * k3[2] + k4[2]) / 6.0};
  66. }
  67.  
  68. int main() {
  69.     Parameters params;
  70.  
  71.     // Ввод параметров с защитой от "дурака"
  72.     cout << "Введите начальную массу ракеты (кг): ";
  73.     cin >> params.initialMass;
  74.     if (params.initialMass <= 0) {
  75.         cout << "Ошибка: Начальная масса должна быть положительной." << endl;
  76.         return 1;
  77.     }
  78.  
  79.     cout << "Введите скорость сгорания топлива (кг/с): ";
  80.     cin >> params.fuelConsumptionRate;
  81.     if (params.fuelConsumptionRate < 0) {
  82.         cout << "Ошибка: Скорость сгорания топлива не может быть отрицательной." << endl;
  83.         return 1;
  84.     }
  85.  
  86.     cout << "Введите скорость истечения газов (м/с): ";
  87.     cin >> params.exhaustVelocity;
  88.     if (params.exhaustVelocity <= 0) {
  89.         cout << "Ошибка: Скорость истечения газов должна быть положительной." << endl;
  90.         return 1;
  91.     }
  92.  
  93.     cout << "Введите ускорение свободного падения (м/с^2): ";
  94.     cin >> params.gravitationalAcceleration;
  95.     if (params.gravitationalAcceleration < 0) {
  96.         cout << "Ошибка: Ускорение свободного падения не может быть отрицательным." << endl;
  97.         return 1;
  98.     }
  99.  
  100.     cout << "Введите коэффициент сопротивления воздуха: ";
  101.     cin >> params.dragCoefficient;
  102.     if (params.dragCoefficient < 0) {
  103.         cout << "Ошибка: Коэффициент сопротивления не может быть отрицательным." << endl;
  104.         return 1;
  105.     }
  106.  
  107.     cout << "Введите площадь поперечного сечения ракеты (м^2): ";
  108.     cin >> params.area;
  109.     if (params.area <= 0) {
  110.         cout << "Ошибка: Площадь должна быть положительной." << endl;
  111.         return 1;
  112.     }
  113.  
  114.     cout << "Введите плотность воздуха (кг/м^3): ";
  115.     cin >> params.airDensity;
  116.     if (params.airDensity < 0) {
  117.         cout << "Ошибка: Плотность воздуха не может быть отрицательной." << endl;
  118.         return 1;
  119.     }
  120.  
  121.     cout << "Введите время симуляции (с): ";
  122.     cin >> params.finalTime;
  123.     if (params.finalTime <= 0) {
  124.         cout << "Ошибка: Время симуляции должно быть положительным." << endl;
  125.         return 1;
  126.     }
  127.  
  128.     cout << "Введите шаг времени (с): ";
  129.     cin >> params.timeStep;
  130.     if (params.timeStep <= 0) {
  131.         cout << "Ошибка: Шаг времени должен быть положительным." << endl;
  132.         return 1;
  133.     }
  134.  
  135.     // Начальное состояние
  136.     State currentState = {0.0, 0.0, params.initialMass};
  137.  
  138.     // Векторы для хранения данных для графика
  139.     vector<pair<double, double>> positionData;
  140.     vector<pair<double, double>> velocityData;
  141.     vector<pair<double, double>> massData;
  142.  
  143.     // Основной цикл симуляции
  144.     double time = 0.0;
  145.     while (time <= params.finalTime) {
  146.         // Сохраняем данные для графика
  147.         positionData.push_back({time, currentState.position});
  148.         velocityData.push_back({time, currentState.velocity});
  149.         massData.push_back({time, currentState.mass});
  150.  
  151.         // Выполняем шаг Рунге-Кутты
  152.         currentState = rk4Step(currentState, params);
  153.  
  154.         // Проверка на "падение" ракеты (высота стала отрицательной)
  155.         if (currentState.position < 0) {
  156.             currentState.position = 0;
  157.             currentState.velocity = 0; // Останавливаем ракету при касании земли
  158.         }
  159.  
  160.         // Обновляем время
  161.         time += params.timeStep;
  162.  
  163.         //Проверка на окончание топлива (масса стала меньше, чем масса конструкции ракеты)
  164.         if(currentState.mass <= 10)
  165.         {
  166.           cout<<"Топливо закончилось!"<<endl;
  167.           break;
  168.         }
  169.  
  170.     }
  171.  
  172. #ifdef WITH_GNUPLOT
  173.     // Рисуем графики с использованием gnuplot-iostream
  174.     Gnuplot gp;
  175.     gp << "set terminal qt size 600,400\n"; // Настройка размера окна
  176.  
  177.     // График высоты
  178.     gp << "set title 'Высота ракеты'\n";
  179.     gp << "set xlabel 'Время (с)'\n";
  180.     gp << "set ylabel 'Высота (м)'\n";
  181.     gp << "plot '-' with lines title 'Высота'\n";
  182.     gp.send1d(positionData);
  183.  
  184.     // График скорости
  185.     gp << "set title 'Скорость ракеты'\n";
  186.     gp << "set xlabel 'Время (с)'\n";
  187.     gp << "set ylabel 'Скорость (м/с)'\n";
  188.     gp << "plot '-' with lines title 'Скорость'\n";
  189.     gp.send1d(velocityData);
  190.  
  191.     // График массы
  192.     gp << "set title 'Масса ракеты'\n";
  193.     gp << "set xlabel 'Время (с)'\n";
  194.     gp << "set ylabel 'Масса (кг)'\n";
  195.     gp << "plot '-' with lines title 'Масса'\n";
  196.     gp.send1d(massData);
  197.  
  198.     cout << "Графики отображены. Закройте окна графиков для завершения программы." << endl;
  199.     cin.get(); // Ждем нажатия Enter, чтобы окна графиков не закрылись сразу
  200. #else
  201.     cout << "Для отображения графиков установите библиотеку gnuplot-iostream." << endl;
  202.     cout << "Результаты симуляции сохранены в файлы position.dat, velocity.dat и mass.dat." << endl;
  203.  
  204.     // Сохраняем данные в файлы (альтернатива gnuplot)
  205.     ofstream positionFile("position.dat");
  206.     ofstream velocityFile("velocity.dat");
  207.     ofstream massFile("mass.dat");
  208.  
  209.     for (const auto& p : positionData) positionFile << p.first << " " << p.second << endl;
  210.     for (const auto& v : velocityData) velocityFile << v.first << " " << v.second << endl;
  211.     for (const auto& m : massData) massFile << m.first << " " << m.second << endl;
  212.  
  213.     positionFile.close();
  214.     velocityFile.close();
  215.     massFile.close();
  216. #endif
  217.  
  218.     return 0;
  219. }
Success #stdin #stdout 0.01s 5288KB
comments (?)
stdin
copy 
Standard input is empty
stdout
copy 
Введите начальную массу ракеты (кг): Введите скорость сгорания топлива (кг/с): Введите скорость истечения газов (м/с): Введите ускорение свободного падения (м/с^2): Введите коэффициент сопротивления воздуха: Введите площадь поперечного сечения ракеты (м^2): Введите плотность воздуха (кг/м^3): Введите время симуляции (с): Введите шаг времени (с): Топливо закончилось!
Для отображения графиков установите библиотеку gnuplot-iostream.
Результаты симуляции сохранены в файлы position.dat, velocity.dat и mass.dat.
https://ideone.com/5okxYZ
language:
C++ (gcc 8.3)
created:
3 days ago
visibility:
public

Share or Embed source code

Discover > Sphere Engine API

The brand new service which powers Ideone!

Discover > IDE Widget

Widget for compiling and running the source code in a web browser!