Specifični impuls (SP) je mjera koliko efikasno raketa ili motor koristi gorivo. Po definiciji, ovo je ukupan udar koji se isporučuje 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 njutnima ili funti-sila, tada se specifična vrijednost izražava u terminima vremena, najčešće u sekundama.
Množenjem brzine protoka standardnom gravitacijom GI se pretvara u masu.
jednačina Ciolkovskog
Specifični impuls motora veće mase se efikasnije koristi za stvaranje potiska naprijed. A u slučaju kada se koristi raketa, potrebno je manje goriva. On je taj koji je potreban za ovaj delta-v. Prema jednačiniCiolkovsky, u specifičnom impulsu raketnog motora, motor je efikasniji u penjanju, udaljenosti i brzini. Ova izvedba je manje važna kod reaktivnih modela. Koje koriste krila i vanjski zrak za sagorijevanje. I nosite teret koji je mnogo teži od goriva.
Specifični impuls uključuje kretanje izazvano vanjskim zrakom koji se koristi za sagorijevanje i iscrpljen istrošenim gorivom. Mlazni motori za to koriste vanjsku atmosferu. Zbog toga imaju mnogo bolji korisnički interfejs od raketnih motora. Ovaj koncept, sa stanovišta potrošene mase goriva, ima jedinice mjerenja udaljenosti tokom vremena. Koje su umjetna vrijednost koja se zove "efikasna brzina izduvnih gasova". Ovo je veće od stvarne brzine izduvnih gasova. Zato što se masa vazduha za sagorevanje ne uzima u obzir. Stvarna i efektivna brzina izduvnih gasova su iste kod raketnih motora koji ne koriste vazduh ili vodu na primer.
Opća razmatranja
Količina goriva se obično mjeri u jedinicama mase. Ako se koristi, onda je specifični impuls impuls po EM, koji, kako pokazuje analiza veličine, ima jedinice brzine. I tako se UI često mjeri u metrima u sekundi. I često se naziva efektivna brzina izduvnih gasova. 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 široko koristikoeficijent r0 (konstanta gravitacionog ubrzanja na površini Zemlje).
Vrijedi napomenuti da je brzina promjene impulsa rakete (uključujući njeno gorivo) po jedinici vremena jednaka specifičnom impulsu potiska.
Specifičnosti
Što je pritisak veći, potrebno je manje goriva za generiranje datog potiska za određeno vrijeme. U tom smislu, tečnost je efikasnija, što je veći njen UI. Međutim, ovo ne treba brkati sa energetskom efikasnošću, koja se može smanjiti sa povećanjem potiska, jer specifični impuls motora, koji daje visoke rezultate, zahtijeva puno energije da se to učini.
Takođe, važno je razlikovati i ne brkati povlačenje sa određenim guranjem. UI se kreira po jedinici potrošenog goriva. A potisak je trenutna ili vršna sila koju stvara određeni uređaj. U mnogim slučajevima, vrlo visoki specifični impulsni pogonski sistemi - neke jonske instalacije dostižu 10.000 sekundi - proizvode nizak potisak.
Prilikom izračunavanja potiska u obzir se uzima samo gorivo koje se nosi sa vozilom prije upotrebe. Stoga, za raketnog hemičara, masa će uključivati i pogonsko gorivo i oksidant. Za motore sa disanjem vazduha, uzima se u obzir samo količina tečnosti, a ne masa vazduha koja prolazi kroz motor.
Atmosferski otpor i nesposobnost postrojenja da održi visok specifični impuls pri visokim stopama sagorevanja je upravo razlog zašto se svo gorivo ne koristi što je brže moguće.
Težemotor sa dobrim MI možda neće biti tako efikasan u penjanju, udaljenosti ili brzini kao lagani instrument sa lošim performansama
Da nije otpora zraka i smanjene potrošnje goriva tokom leta, MI bi bio direktna mjera efikasnosti 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 jedinica mjere i numerička vrijednost iste za sve sisteme i u suštini univerzalne. Gotovo svi proizvođači navode performanse motora u sekundama. A takav uređaj je koristan i za određivanje specifičnosti uređaja u avionu.
Korišćenje metara u sekundi za pronalaženje efektivne brzine izduvnih gasova je takođe prilično uobičajeno. Ovaj blok je intuitivan kada se opisuje raketni motor, iako se efektivna brzina izduvnih gasova uređaja može značajno razlikovati od stvarne. Ovo je najvjerovatnije zbog toga što se gorivo i oksidant izbacuju preko palube nakon što se turbopumpe uključe. Za mlazne motore koji dišu vazduh, efektivna brzina izduvnih gasova nema fizičko značenje. Iako se može koristiti u svrhu poređenja.
Jedinice
Vrijednosti izražene u Ns (u kilogramima) nisu neuobičajene i numerički jednake efektivnoj brzini izduvnih gasova u m/s (iz drugog Newtonovog zakona i njegovogdefinicije).
Druga ekvivalentna jedinica je specifična potrošnja goriva. Ima jedinice mjere kao što su g (kN s) ili lb/h. Bilo koja od ovih jedinica obrnuto je proporcionalna specifičnom impulsu. A potrošnja goriva se široko koristi za opisivanje performansi mlaznih motora.
Opšta definicija
Za sva vozila, specifični impuls (potisak po jedinici težine goriva na Zemlji) u sekundama može se odrediti sljedećom jednačinom.
Da bi se razjasnila situacija, važno je razjasniti da:
- 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 tokom vremena (kako se gorivo istiskuje).
Mjerenje
Engleska jedinica, funta, se češće koristi od drugih jedinica. I također kada se ova vrijednost u sekundi primjenjuje za brzinu protoka, prilikom pretvaranja, konstanta r 0 postaje nepotrebna. Kako postaje dimenzionalno ekvivalentan funti podijeljenoj sa 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 u tome što se može koristitirakete, gde se celokupna reakciona masa transportuje u avionu, kao i za avione, gde se najveći deo reakcione mase uzima iz atmosfere. Takođe, daje rezultat koji je nezavisan od korišćenih jedinica.
Specifični impuls kao brzina (efektivna brzina izduvnih gasova)
Zbog geocentričnog faktora g 0 u jednačini, 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 da se odredi specifična impulsna efikasnost pogonskog goriva. Ako uzmemo u obzir druge opcije, situacija će biti skoro svuda ista. Rakete određenog specifičnog impulsa su jednostavno efektivna brzina izduvavanja u odnosu na uređaj. Dva atributa određenog pusha su proporcionalna jedan drugom 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 izduvnih gasova, mjereno 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 jednadžba se također primjenjuje na mlazne motore, ali se rijetko koristi u praksi.
Imajte na umu da se ponekad koriste različiti znakovi. Na primjer, c se također uzima u obzir za brzinu izduvavanja. Dok simbolsp se logično može koristiti za UI u jedinicama od N s/kg. Da biste izbjegli zabunu, poželjno je rezervirati je za određenu vrijednost, mjerenu u sekundama prije početka opisa.
Ovo se odnosi na potisak ili silu kretanja specifičnog impulsa raketnog motora, formula.
Ovdje m predstavlja masovnu potrošnju 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 datog potiska je ključno za izgradnju efikasnih raketa.
Ciolkovskyjeva specifična impulsna formula pokazuje da se za raketu sa datom praznom masom i određenom količinom goriva, ukupna promjena brzine može postići proporcionalno efektivnoj brzini izduvnih gasova.
Svemirska letjelica bez propelera kreće se po orbiti određenoj njenom putanjom i bilo kojim gravitacijskim poljem. Odstupanja od odgovarajućeg obrasca brzine (nazvanog Δv) se postižu guranjem mase izduvnih gasova u suprotnom smjeru od željene promjene.
Stvarna brzina u odnosu na efektivnu brzinu
Ovdje vrijedi 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 izduvnih gasova je smanjena, dok stvarna brzina ostaje praktično nepromijenjena. Osim toga, ponekad raketni motori imaju zasebnu mlaznicu za turbinski plin. Izračunavanje efektivne brzine izduvnih gasova tada zahteva usrednjavanje dva masena protoka, kao i uzimanje u obzir atmosferskog pritiska.
Povećajte efikasnost
Za mlazne motore sa disanjem vazduha, posebno turboventilatore, stvarna brzina izduvnih gasova i efektivna brzina razlikuju se za nekoliko redova veličine. To je zbog činjenice da se korištenjem zraka kao reakcione mase postiže značajan dodatni zamah. Ovo omogućava bolju usklađenost između brzine vazduha i brzine izduvnih gasova, što štedi energiju i gorivo. I značajno povećava efektivnu komponentu dok smanjuje stvarnu brzinu.
Energetska efikasnost
Za rakete i raketne motore kao što su jonski modeli, sp implicira nižu energetsku efikasnost.
U ovoj formuli, v e je stvarna brzina mlaza.
Stoga je potrebna sila proporcionalna svakoj brzini izduvavanja. Pri većim brzinama potrebno je mnogo više snage za isti potisak, što rezultira manjom energetskom efikasnošću za jednu jedinicu.
Međutim, ukupna energija za misiju zavisi od ukupne potrošnje goriva kao i od toga koliko je energije potrebno po jedinici. Za malu brzinu izduvnih gasovašto se tiče delta-v misije, potrebne su ogromne količine reakcione mase. U stvari, iz tog razloga, veoma niska brzina izduvnih gasova nije energetski efikasna. Ali ispostavilo se da nijedna vrsta nema najviše ocjene.
Varijabilna
Teoretski, za dati delta-v, u prostoru, među svim fiksnim vrijednostima brzine izduvnih gasova, ve=0,6275 je energetski najefikasniji za datu konačnu masu. Da biste saznali više, možete vidjeti energiju u pogonskom aparatu svemirske letjelice.
Međutim, varijabilne stope izduvnih gasova mogu biti još energetski efikasnije. Na primjer, ako se raketa ubrza pri nekoj pozitivnoj početnoj brzini koristeći brzinu ispuha koja je jednaka brzini proizvoda, energija se ne gubi kao kinetička komponenta reakcione mase. Kako stane.
