Specifični impuls (SP) je mjera koliko učinkovito raketa ili motor koristi gorivo. Po definiciji, ovo je ukupni val isporučen po jedinici potrošene snage i po veličini je ekvivalentan generiranom potisku podijeljenom s protokom mase. Ako se kilogrami koriste kao jedinica pogonskog goriva, tada se specifični impuls mjeri u smislu brzine. Ako se umjesto toga koristi težina u newtonima ili funti-sila, tada se specifična vrijednost izražava u terminima vremena, najčešće u sekundama.
Množenjem brzine protoka standardnom gravitacijom GI se pretvara u masu.
jednadžba Ciolkovskog
Specifični impuls motora veće mase učinkovitije se koristi za stvaranje potiska naprijed. A u slučaju kada se koristi raketa, potrebno je manje goriva. On je taj koji je potreban za ovu delta-v. Prema jednadžbiTsiolkovsky, u specifičnom impulsu raketnog motora, motor je učinkovitiji u penjanju, udaljenosti i brzini. Ova izvedba je manje važna u reaktivnim modelima. Koji koriste krila i vanjski zrak za izgaranje. I nosite teret koji je mnogo teži od goriva.
Specifični impuls uključuje kretanje koje stvara vanjski zrak koji se koristi za izgaranje i iscrpljuje se istrošenim gorivom. Mlazni motori za to koriste vanjsku atmosferu. I stoga imaju puno bolje korisničko sučelje od raketnih motora. Ovaj koncept, s gledišta potrošene mase goriva, ima jedinice mjerenja udaljenosti tijekom vremena. Koje su umjetna vrijednost koja se naziva "efektivna brzina ispušnih plinova". Ovo je veće od stvarne brzine ispuha. Budući da se masa zraka za izgaranje ne uzima u obzir. Stvarna i efektivna brzina ispuha jednaka je u raketnim motorima koji ne koriste zrak ili vodu na primjer.
Opća razmatranja
Količina goriva obično se mjeri u jedinicama mase. Ako se koristi, tada je specifični impuls impuls po EM, koji, kako pokazuje analiza veličine, ima jedinice brzine. Stoga se UI često mjeri u metrima u sekundi. I često se naziva efektivna brzina ispuha. Međutim, ako se koristi masa, specifični impuls goriva podijeljen sa silom pokazuje se kao jedinica vremena. I tako se specifični potiski mjere u sekundama.
Upravo ovo pravilo je glavno u modernom svijetu, s kojim se naširoko koristikoeficijent r0 (konstanta gravitacijskog ubrzanja na Zemljinoj površini).
Vrijedi napomenuti da je brzina promjene raketnog impulsa (uključujući gorivo) po jedinici vremena jednaka specifičnom impulsu potiska.
Posebnosti
Što je pritisak veći, potrebno je manje goriva za generiranje određenog potiska tijekom određenog vremena. U tom smislu, tekućina je učinkovitija, što je veća njezina UI. Međutim, to se ne smije brkati s energetskom učinkovitošću, koja se može smanjiti s povećanjem potiska, budući da specifični impuls motora, koji daje visoke rezultate, zahtijeva puno energije za to.
Također, važno je razlikovati i ne brkati povlačenje s određenim guranjem. UI se stvara po jedinici potrošenog goriva. A potisak je trenutna ili vršna sila koju stvara određeni uređaj. U mnogim slučajevima, vrlo visoki specifični impulsni pogonski sustavi - neke ionske instalacije dosežu 10 000 sekundi - proizvode nizak potisak.
Prilikom izračunavanja potiska u obzir se uzima samo gorivo koje se nosi s vozilom prije upotrebe. Stoga će za raketnog kemičara masa uključivati i pogonsko gorivo i oksidant. Za motore koji diše zrak, uzima se u obzir samo količina tekućine, a ne masa zraka koja prolazi kroz motor.
Atmosferski otpor i nesposobnost postrojenja da održi visok specifični impuls pri visokim stopama izgaranja upravo je razlog zašto se svo gorivo ne koristi što je brže moguće.
Težemotor s dobrim MI možda neće biti tako učinkovit u penjanju, udaljenosti ili brzini kao lagani instrument s lošim performansama
Da nije otpora zraka i smanjene potrošnje goriva tijekom leta, MI bi bio izravna mjera učinkovitosti motora u pretvaranju mase u pogon naprijed.
Specifičan impuls u sekundama
Najčešća jedinica za određeni pritisak je Hs. I u kontekstu SI i u slučajevima kada se koriste imperijalne ili konvencionalne vrijednosti. Prednost sekundi je u tome što su mjerna jedinica i brojčana vrijednost jednake za sve sustave i u biti su univerzalne. Gotovo svi proizvođači navode performanse motora u sekundama. A takav je uređaj koristan i za određivanje specifičnosti uređaja u zrakoplovu.
Upotreba metara u sekundi za pronalaženje efektivne brzine ispuha također je prilično uobičajena. Ovaj blok je intuitivan kada se opisuje raketni motor, iako se efektivna brzina ispuha uređaja može značajno razlikovati od stvarne. To je najvjerojatnije zbog toga što se gorivo i oksidant izbacuju preko broda nakon što su turbopumpe uključene. Za mlazne motore koji dišu zrak, efektivna brzina ispuha nema fizičko značenje. Iako se može koristiti u svrhu usporedbe.
Jedinice
Vrijednosti izražene u Ns (u kilogramima) nisu neuobičajene i numerički jednake efektivnoj brzini ispuha u m/s (iz Newtonovog drugog zakona i njegovogdefinicije).
Druga ekvivalentna jedinica je specifična potrošnja goriva. Ima mjerne jedinice kao što su g (kN s) ili lb/hr. Bilo koja od ovih jedinica obrnuto je proporcionalna specifičnom impulsu. A potrošnja goriva se naširoko koristi za opisivanje performansi mlaznih motora.
Opća definicija
Za sva vozila, specifični impuls (potisak po jedinici težine goriva na Zemlji) u sekundama može se odrediti sljedećom jednadžbom.
Da bismo razjasnili situaciju, važno je razjasniti sljedeće:
- F je standardna sila gravitacije, koja je nominalno izražena kao snaga na površini Zemlje, u m/s 2 (ili ft/s na kvadrat).
- g je maseni protok u kg/s, koji se čini negativnim u odnosu na brzinu promjene mase vozila tijekom vremena (kako se gorivo istiskuje).
Mjerenje
Engleska jedinica, funta, se češće koristi od drugih jedinica. I također kada se primijeni ova vrijednost u sekundi za brzinu protoka, pri pretvorbi konstanta r 0 postaje nepotrebna. Kako postaje dimenzijski ekvivalentan funti podijeljenoj s g 0.
I sp u sekundama je vrijeme za koje uređaj može generirati određeni impuls potiska raketnog motora, s obzirom na količinu pogonskog goriva čija je težina jednaka potisku.
Prednost ove formulacije je da se može koristitirakete, gdje se cijela reakcijska masa transportira na brodu, kao i za zrakoplove, gdje se veći dio reakcijske mase uzima iz atmosfere. Također, daje rezultat koji je neovisan o korištenim jedinicama.
Specifični impuls kao brzina (efektivna brzina ispuha)
Zbog geocentričnog faktora g 0 u jednadžbi, mnogi radije definiraju potisak rakete (posebno) u smislu potiska po jedinici mase protoka goriva. Ovo je jednako valjan (i na neki način nešto jednostavniji) način određivanja specifične impulsne učinkovitosti pogonskog goriva. Ako uzmemo u obzir druge opcije, situacija će biti gotovo svugdje ista. Rakete određenog specifičnog impulsa jednostavno su efektivna brzina ispuha u odnosu na uređaj. Dva atributa određenog pusha proporcionalna su jedna drugoj i povezana su na sljedeći način.
Da biste koristili formulu, morate razumjeti da:
- I - specifičan impuls u sekundama.
- v - guranje, mjereno u m/s. Što je jednako efektivnoj brzini ispuha, mjerenoj u m/s (ili ft/s, ovisno o vrijednosti g).
- g je standard gravitacije, 9,80665 m/s 2. U carskim jedinicama 32,174 ft/s 2.
Ova se jednadžba također primjenjuje na mlazne motore, ali se rijetko koristi u praksi.
Napominjemo da se ponekad koriste različiti znakovi. Na primjer, c se također uzima u obzir za brzinu ispuha. Dok je simbolsp se logično može koristiti za UI u jedinicama od N s/kg. Kako biste izbjegli zabunu, poželjno je rezervirati ga za određenu vrijednost, mjerenu u sekundama prije početka opisa.
Ovo se odnosi na potisak ili silu kretanja specifičnog impulsa raketnog motora, formula.
Ovdje je m masovna potrošnja goriva, što je stopa smanjenja veličine vozila.
Minimizacija
Raketa mora nositi svo svoje pogonsko gorivo. Stoga se masa neizgorene hrane mora ubrzati zajedno sa samim uređajem. Minimiziranje količine goriva potrebnog za postizanje određenog potiska ključno je za izgradnju učinkovitih raketa.
Tsiolkovskyjeva specifična impulsna formula pokazuje da se za raketu s danom praznom masom i određenom količinom goriva, ukupna promjena brzine može postići proporcionalno efektivnoj brzini ispuha.
Svemirska letjelica bez propelera kreće se u orbiti određenoj njezinom putanjom i bilo kojim gravitacijskim poljem. Odstupanja od odgovarajućeg uzorka brzine (nazvanog Δv) postižu se guranjem mase ispušnih plinova u smjeru suprotnom od željene promjene.
Stvarna brzina u odnosu na efektivnu brzinu
Ovdje je vrijedno napomenuti da se ova dva koncepta mogu značajno razlikovati. Na primjer, kada se raketa lansira u atmosferu, uzrokuje pritisak zraka izvan motorasila kočenja. Što smanjuje specifični impuls i efektivna brzina ispuha je smanjena, dok stvarna brzina ostaje praktički nepromijenjena. Osim toga, ponekad raketni motori imaju zasebnu mlaznicu za turbinski plin. Izračun efektivne brzine ispuha tada zahtijeva usrednjavanje dvaju masenih tokova, kao i uzimanje u obzir atmosferskog tlaka.
Povećajte učinkovitost
Za mlazne motore s disanjem zraka, posebno turboventilacijske, stvarna brzina ispuha i efektivna brzina razlikuju se za nekoliko redova veličine. To je zbog činjenice da se korištenjem zraka kao reakcijske mase postiže značajan dodatni zamah. To omogućuje bolju usklađenost između brzine zraka i brzine ispuha, što štedi energiju i gorivo. I značajno povećava učinkovitu komponentu dok smanjuje stvarnu brzinu.
energetska učinkovitost
Za rakete i raketne motore kao što su ionski modeli, sp podrazumijeva nižu energetsku učinkovitost.
U ovoj formuli, v e je stvarna brzina mlaza.
Stoga je potrebna sila proporcionalna svakoj brzini ispuha. Pri većim brzinama potrebno je mnogo više snage za isti potisak, što rezultira manjom energetskom učinkovitošću za jednu jedinicu.
Međutim, ukupna energija za misiju ovisi o ukupnoj potrošnji goriva kao io tome koliko je energije potrebno po jedinici. Za malu brzinu ispuhašto se tiče delta-v misije, potrebne su ogromne količine reakcijske mase. Zapravo, iz tog razloga, vrlo niska brzina ispuha nije energetski učinkovita. Ali ispostavilo se da nijedna vrsta nema najviše ocjene.
Varijabilna
Teoretski, za dani delta-v, u prostoru, među svim fiksnim vrijednostima brzine ispuha, ve=0,6275 je energetski najučinkovitiji za danu konačnu masu. Da biste saznali više, možete vidjeti energiju u pogonskom aparatu svemirske letjelice.
Međutim, promjenjive brzine ispušnih plinova mogu biti još energetski učinkovitije. Na primjer, ako se raketa ubrza pri nekoj pozitivnoj početnoj brzini korištenjem brzine ispuha koja je jednaka brzini proizvoda, energija se ne gubi kao kinetička komponenta reakcijske mase. Kako stane.
