Specifični impulz (SP) je merilo, kako učinkovito raketa ali motor porablja gorivo. Po definiciji je to skupni udarec na enoto porabljene moči in je po velikosti enak ustvarjenemu potisu, deljenemu z masnim pretokom. Če se kot enota pogonskega goriva uporabljajo kilogrami, se specifični impulz meri glede na hitrost. Če se namesto tega uporabi teža v newtonih ali funtih-sila, je specifična vrednost izražena s časom, najpogosteje v sekundah.
Množenje hitrosti toka s standardno gravitacijo pretvori GI v maso.
enačba Ciolkovskega
Specifični impulz motorja z večjo maso se učinkoviteje uporablja za ustvarjanje potiska naprej. In v primeru, ko se uporablja raketa, je potrebno manj goriva. On je tisti, ki je potreben za to delta-v. Glede na enačboTsiolkovsky, v specifičnem impulzu raketnega motorja je motor učinkovitejši pri plezanju, razdalji in hitrosti. Ta zmogljivost je manj pomembna pri reaktivnih modelih. Ki uporabljajo krila in zunanji zrak za izgorevanje. In nosite tovor, ki je veliko težji od goriva.
Specifični impulz vključuje gibanje, ki ga ustvari zunanji zrak, ki se uporablja za zgorevanje in ga izčrpa izrabljeno gorivo. Reaktivni motorji za to uporabljajo zunanjo atmosfero. Zato imajo veliko višji uporabniški vmesnik kot raketni motorji. Ta koncept ima z vidika porabljene mase goriva enote za merjenje razdalje v času. Ki so umetna vrednost, imenovana "učinkovita hitrost izpušnih plinov". To je višje od dejanske hitrosti izpušnih plinov. Ker se masa zraka za zgorevanje ne upošteva. Dejanska in učinkovita hitrost izpušnih plinov sta enaki pri raketnih motorjih, ki na primer ne uporabljajo zraka ali vode.
Splošno
Količina goriva se običajno meri v masnih enotah. Če se uporablja, potem je specifični impulz impulz na EM, ki ima, kot kaže analiza velikosti, enote hitrosti. Tako se uporabniški vmesnik pogosto meri v metrih na sekundo. In se pogosto imenuje učinkovita hitrost izpuha. Če pa uporabimo maso, se specifični impulz goriva, deljen s silo, izkaže za enoto časa. Tako se specifični potiski merijo v sekundah.
Prav to pravilo je glavno v sodobnem svetu, ki se pogosto uporabljakoeficient r0 (konstanta gravitacijskega pospeška na zemeljskem površju).
Omeniti velja, da je hitrost spremembe impulza rakete (vključno z gorivom) na enoto časa enaka specifičnemu potisnemu impulzu.
posebnosti
Višji kot je potisk, manj goriva je potrebno za ustvarjanje danega potiska za določen čas. V zvezi s tem je tekočina učinkovitejša, večji je njen UI. Vendar tega ne smemo zamenjevati z energijsko učinkovitostjo, ki se lahko zmanjša s povečanjem potiska, saj specifični impulz motorja, ki daje visoke rezultate, za to zahteva veliko energije.
Pomembno je tudi razlikovati in ne zamenjati potega s posebnim potiskom. UI se ustvari na enoto porabljenega goriva. In potisk je trenutna ali največja sila, ki jo ustvari določena naprava. V mnogih primerih zelo visoko specifični impulzni pogonski sistemi - nekatere ionske naprave dosežejo 10.000 sekund - proizvajajo nizek potisk.
Pri izračunu potiska se upošteva samo gorivo, ki se prevaža z vozilom pred uporabo. Zato bo za raketnega kemika masa vključevala tako pogonsko gorivo kot oksidant. Pri motorjih z vdihavanjem zraka se upošteva samo količina tekočine, ne pa masa zraka, ki prehaja skozi motor.
Atmosferski upor in nezmožnost elektrarne, da vzdržuje visok specifični impulz pri visokih stopnjah gorenja, sta ravno razlog, zakaj se vse gorivo ne porabi čim hitreje.
Težjimotor z dobrim MI morda ne bo tako učinkovit pri plezanju, razdalji ali hitrosti kot lahki instrument s slabo zmogljivostjo
Če ne bi bilo zračnega upora in zmanjšane porabe goriva med letom, bi bil MI neposredno merilo učinkovitosti motorja pri pretvorbi mase v pogon naprej.
Specifični impulz v sekundah
Najpogostejša enota za določen potis je Hs. Tako v kontekstu SI kot v primerih, ko se uporabljajo imperialne ali konvencionalne vrednosti. Prednost sekund je v tem, da sta merska enota in številska vrednost enaki za vse sisteme in sta v bistvu univerzalni. Skoraj vsi proizvajalci navedejo svoje zmogljivosti motorja v sekundah. In takšna naprava je uporabna tudi za ugotavljanje posebnosti letalske naprave.
Uporaba metrov na sekundo za iskanje efektivne hitrosti izpušnih plinov je prav tako precej pogosta. Ta blok je intuitiven pri opisovanju raketnih motorjev, čeprav se lahko efektivna izpušna hitrost naprav bistveno razlikuje od dejanske. To je najverjetneje posledica, da se gorivo in oksidant odvržeta čez krov po vklopu turbočrpalk. Za reaktivne motorje, ki dihajo zrak, učinkovita izpušna hitrost nima fizičnega pomena. Čeprav se lahko uporablja za primerjavo.
enote
Vrednosti, izražene v Ns (v kilogramih), niso redke in številčno enake efektivni hitrosti izpušnih plinov v m/s (iz Newtonovega drugega zakona in njegovedefinicije).
Druga enakovredna enota je specifična poraba goriva. Ima merske enote, kot sta g (kN s) ali lb/h. Vsaka od teh enot je obratno sorazmerna specifičnemu impulzu. Poraba goriva se pogosto uporablja za opis zmogljivosti reaktivnih motorjev.
Splošna definicija
Za vsa vozila se lahko specifični impulz (potiskanje na enoto teže goriva na Zemlji) v sekundah določi z naslednjo enačbo.
Za razjasnitev situacije je pomembno pojasniti, da:
- F je standardna sila gravitacije, ki je nominalno navedena kot moč na zemeljskem površju, v m/s 2 (ali ft/s na kvadrat).
- g je masni pretok v kg/s, ki je negativen glede na hitrost spreminjanja mase vozila skozi čas (ko se gorivo iztisne).
Meritev
Angleška enota, funt, se pogosteje uporablja kot druge enote. In tudi pri uporabi te vrednosti na sekundo za pretok, pri pretvorbi postane konstanta r 0 nepotrebna. Ko postane dimenzijsko enakovreden funtom, deljenim z g 0.
I sp v sekundah je čas, za katerega lahko naprava ustvari določen impulz potiska raketnega motorja glede na količino goriva, katere teža je enaka potisku.
Prednost tega besedila je, da ga je mogoče uporabitirakete, kjer se na krovu prevaža celotno reakcijsko maso, pa tudi za letala, kjer se večina reakcijske mase vzame iz ozračja. Prav tako daje rezultat, ki je neodvisen od uporabljenih enot.
Specifični impulz kot hitrost (efektivna hitrost izpušnih plinov)
Zaradi geocentričnega faktorja g 0 v enačbi mnogi raje definirajo potisk rakete (zlasti) v smislu potiska na enoto mase pretoka goriva. To je enako veljaven (in na nek način nekoliko enostavnejši) način za določitev specifične impulzne učinkovitosti pogonskega goriva. Če upoštevamo druge možnosti, bo situacija skoraj povsod enaka. Rakete določenega specifičnega impulza so preprosto efektivna izpušna hitrost glede na napravo. Oba atributa določenega potiska sta med seboj sorazmerna in sta povezana na naslednji način.
Če želite uporabiti formulo, morate razumeti, da:
- I - specifičen impulz v sekundah.
- v - potisnite, merjeno v m/s. Kar je enako efektivni hitrosti izpušnih plinov, merjeno v m/s (ali ft/s, odvisno od vrednosti g).
- g je standard gravitacije, 9,80665 m/s 2. V imperskih enotah 32,174 ft/s 2.
Ta enačba velja tudi za reaktivne motorje, vendar se v praksi redko uporablja.
Upoštevajte, da se včasih uporabljajo različni znaki. Na primer, c se upošteva tudi za hitrost izpušnih plinov. Medtem ko je simbolsp se lahko logično uporablja za UI v enotah N s/kg. Da bi se izognili zmedi, ga je zaželeno rezervirati za določeno vrednost, merjeno v sekundah pred začetkom opisa.
To je povezano s potiskom ali silo gibanja specifičnega impulza raketnega motorja, formulo.
Tukaj je m masna poraba goriva, ki je stopnja zmanjšanja velikosti vozila.
Minimizacija
Raketa mora nositi vse svoje pogonsko gorivo. Zato je treba maso neizgorele hrane pospešiti skupaj s samo napravo. Zmanjšanje količine goriva, potrebnega za doseganje danega potiska, je ključnega pomena za gradnjo učinkovitih raket.
Tsiolkovskyjeva specifična impulzna formula kaže, da je za raketo z dano prazno maso in določeno količino goriva mogoče doseči skupno spremembo hitrosti sorazmerno z dejansko hitrostjo izpuha.
Vesoljsko plovilo brez propelerja se premika po orbiti, ki jo določata njegova pot in katero koli gravitacijsko polje. Odstopanja od ustreznega vzorca hitrosti (imenovanega Δv) se dosežejo s potiskanjem mase izpušnih plinov v nasprotni smeri od želene spremembe.
Dejanska hitrost v primerjavi z efektivno hitrostjo
Tukaj velja omeniti, da se lahko ta dva koncepta bistveno razlikujeta. Na primer, ko se raketa izstreli v ozračje, povzroči zračni tlak zunaj motorjazavorna sila. Kar zmanjša specifični impulz in efektivna izpušna hitrost se zmanjša, dejanska hitrost pa ostane praktično nespremenjena. Poleg tega imajo včasih raketni motorji ločeno šobo za turbinski plin. Izračun efektivne hitrosti izpušnih plinov nato zahteva povprečje dveh masnih pretokov in upoštevanje morebitnega atmosferskega tlaka.
Povečaj učinkovitost
Pri reaktivnih motorjih z vdihavanjem zraka, zlasti turboventilatorskih, se dejanska izpušna hitrost in efektivna hitrost razlikujeta za več vrst. To je posledica dejstva, da se pri uporabi zraka kot reakcijske mase doseže pomemben dodaten zagon. To omogoča boljše ujemanje med zračno hitrostjo in hitrostjo izpušnih plinov, kar prihrani energijo in gorivo. In znatno poveča učinkovito komponento, hkrati pa zmanjša dejansko hitrost.
energetska učinkovitost
Za rakete in rakete podobne motorje, kot so ionski modeli, sp pomeni nižjo energijsko učinkovitost.
V tej formuli je v e dejanska hitrost curka.
Zato je zahtevana sila sorazmerna z vsako hitrostjo izpušnih plinov. Pri višjih hitrostih je za enak potisk potrebno veliko več moči, kar ima za posledico manjšo energijsko učinkovitost za eno enoto.
Vendar je skupna energija za misijo odvisna od skupne porabe goriva in količine energije, ki je potrebna na enoto. Za nizko hitrost izpušnih plinovglede misije delta-v so potrebne ogromne količine reakcijske mase. Pravzaprav iz tega razloga zelo nizka hitrost izpušnih plinov ni energetsko učinkovita. Toda izkazalo se je, da nobena vrsta nima najvišjih rezultatov.
Spremenljivka
Teoretično je za dano delta-v, v vesolju, med vsemi fiksnimi vrednostmi hitrosti izpušnih plinov, ve=0,6275 najbolj energetsko učinkovit za dano končno maso. Če želite izvedeti več, si lahko ogledate energijo v pogonski napravi vesoljskega plovila.
Vendar so lahko spremenljive stopnje izpušnih plinov še bolj energetsko učinkovite. Na primer, če se raketa pospeši z neko pozitivno začetno hitrostjo z uporabo izpušne hitrosti, ki je enaka hitrosti produkta, se energija ne izgubi kot kinetična komponenta reakcijske mase. Ko se ustavi.
