Specific Impulse (SP) er et mål på hvor effektivt en rakett eller motor bruker drivstoff. Per definisjon er dette den totale støtet levert per enhet forbrukt kraft og er ekvivalent i størrelse med den genererte skyvekraften delt på massestrømmen. Hvis kilogram brukes som drivmiddelenhet, måles spesifikk impuls i form av hastighet. Hvis en vekt i newton eller pund-kraft brukes i stedet, uttrykkes den spesifikke verdien i form av tid, oftest i sekunder.
Å multiplisere strømningshastigheten med standard gravitasjon konverterer GI til masse.
Tsiolkovsky-ligning
Den spesifikke impulsen til en motor med større masse brukes mer effektivt til å generere skyvekraft fremover. Og i tilfellet når en rakett brukes, kreves det mindre drivstoff. Det er han som trengs for denne delta-v. I følge ligningenTsiolkovsky, i den spesifikke impulsen til en rakettmotor, er motoren mer effektiv i klatring, distanse og hastighet. Denne ytelsen er mindre viktig i reaktive modeller. Som bruker vinger og uteluft til forbrenning. Og bære en nyttelast som er mye tyngre enn drivstoff.
Spesifikk impuls inkluderer bevegelse generert av luft utenfor som brukes til forbrenning og tømt av brukt brensel. Jetmotorer bruker den ytre atmosfæren til dette. Og derfor har de et mye høyere brukergrensesnitt enn rakettmotorer. Dette konseptet, med tanke på den forbrukte massen av drivstoff, har måleenheter for avstand over tid. Som er en kunstig verdi k alt "effektiv avgasshastighet". Dette er høyere enn den faktiske eksoshastigheten. Fordi massen av luft til forbrenning ikke er tatt i betraktning. Faktisk og effektiv eksoshastighet er den samme i rakettmotorer som for eksempel ikke bruker luft eller vann.
Generelle betraktninger
Mengden drivstoff måles vanligvis i masseenheter. Hvis den brukes, er den spesifikke impulsen impulsen per EM, som, som vist av størrelsesanalysen, har hastighetsenheter. Og derfor blir brukergrensesnittet ofte målt i meter per sekund. Og ofte referert til som den effektive hastigheten til eksosen. Men hvis masse brukes, viser den spesifikke impulsen til drivstoffet delt på kraften seg å være en tidsenhet. Så spesifikke trykk blir målt i sekunder.
Det er denne regelen som er den viktigste i den moderne verden, mye brukt medkoeffisient r0 (konstant for gravitasjonsakselerasjon på jordens overflate).
Det er verdt å merke seg at endringshastigheten for rakettens impuls (inkludert drivstoffet) per tidsenhet er lik den spesifikke skyveimpulsen.
Spesifikk
Jo høyere trykk, jo mindre drivstoff kreves det for å generere en gitt skyvekraft i en viss tid. I denne forbindelse er væsken mer effektiv, jo større brukergrensesnittet er. Dette må imidlertid ikke forveksles med energieffektivitet, som kan avta med økende skyvekraft, siden den spesifikke impulsen til motoren, som gir høye resultater, krever mye energi for å gjøre dette.
Det er også viktig å skille og ikke forveksle et trekk med et spesifikt trykk. Brukergrensesnittet opprettes per enhet drivstoff som forbrukes. Og skyvekraft er den øyeblikkelige eller toppkraften som genereres av en bestemt enhet. I mange tilfeller produserer fremdriftssystemer med svært høye spesifikke impulser - noen ioninstallasjoner når 10 000 sekunder - lav skyvekraft.
Ved beregning av skyvingen, tas kun hensyn til drivstoffet som er fraktet med kjøretøyet før bruk. Derfor, for en rakettkjemiker, vil massen inkludere både drivstoffet og oksidasjonsmidlet. For luftpustede motorer tas kun hensyn til væskemengden, ikke massen av luft som passerer gjennom motoren.
Atmosfærisk luftmotstand og anleggets manglende evne til å opprettholde høy spesifikk impuls ved høye forbrenningshastigheter er nettopp grunnen til at alt drivstoffet ikke blir brukt så raskt som mulig.
Tyngreen motor med god MI er kanskje ikke like effektiv i klatring, distanse eller hastighet som et lett instrument med dårlig ytelse
Hvis det ikke var for luftmotstand og redusert drivstofforbruk under flyging, ville MI vært et direkte mål på en motors effektivitet når det gjelder å konvertere masse til fremdrift.
Spesifikk impuls på sekunder
Den vanligste enheten for et bestemt trykk er Hs. Både i sammenheng med SI og i tilfeller der keiserlige eller konvensjonelle verdier brukes. Fordelen med sekunder er at måleenheten og numerisk verdi er den samme for alle systemer og er i hovedsak universelle. Nesten alle produsenter viser motorytelsen sin på sekunder. Og en slik enhet er også nyttig for å bestemme spesifikasjonene til en flyenhet.
Å bruke meter per sekund for å finne den effektive eksoshastigheten er også ganske vanlig. Denne blokken er intuitiv når den beskriver rakettmotorer, selv om den effektive eksoshastigheten til enhetene kan avvike betydelig fra den faktiske. Dette skyldes mest sannsynlig at drivstoffet og oksidasjonsmidlet blir dumpet over bord etter at turbopumpene er slått på. For luftpustende jetmotorer har den effektive eksoshastigheten ingen fysisk betydning. Selv om det kan brukes til sammenligningsformål.
Units
Verdier uttrykt i Ns (i kilogram) er ikke uvanlige og numerisk lik den effektive eksoshastigheten i m/s (fra Newtons andre lov og hansdefinisjoner).
En annen tilsvarende enhet er spesifikt drivstofforbruk. Den har måleenheter som g (kN s) eller lb/hr. Enhver av disse enhetene er omvendt proporsjonal med spesifikk impuls. Og drivstofforbruk er mye brukt for å beskrive ytelsen til jetmotorer.
Generell definisjon
For alle kjøretøy kan den spesifikke impulsen (skyv per vektenhet drivstoff på jorden) i sekunder bestemmes av følgende ligning.
For å avklare situasjonen er det viktig å klargjøre at:
- F er standard tyngdekraften, som er nominelt angitt som kraften på jordens overflate, i m/s 2 (eller ft/s i kvadrat).
- g er massestrømningshastigheten i kg/s, som fremstår som negativ med hensyn til endringshastigheten for kjøretøyets masse over tid (ettersom drivstoff presses ut).
Måling
Den engelske enheten, pundet, er mer vanlig enn andre enheter. Og også når du bruker denne verdien per sekund for strømningshastigheten, ved konvertering, blir konstanten r 0 unødvendig. Ettersom det blir dimensjon alt ekvivalent med pund delt på g 0.
I sp i sekunder er tiden enheten kan generere en spesifikk skyveimpuls fra en rakettmotor, gitt en mengde drivmiddel hvis vekt er lik skyvekraft.
Fordelen med denne formuleringen er at den kan brukes tilraketter, hvor hele reaksjonsmassen fraktes om bord, samt for fly, hvor det meste av reaksjonsmassen hentes fra atmosfæren. Det gir også et resultat som er uavhengig av enhetene som brukes.
Spesifikk impuls som hastighet (effektiv eksoshastighet)
På grunn av den geosentriske faktoren g 0 i ligningen, foretrekker mange å definere rakettskyvekraft (spesielt) i form av skyvekraft per masseenhet drivstoffstrøm. Dette er en like gyldig (og på noen måter noe enklere) måte å bestemme den spesifikke impulseffektiviteten til et drivmiddel. Hvis vi vurderer andre alternativer, vil situasjonen nesten over alt være den samme. Raketter med en viss spesifikk impuls er ganske enkelt den effektive eksoshastigheten i forhold til enheten. De to attributtene til et bestemt trykk er proporsjonale med hverandre og er relatert som følger.
For å bruke formelen må du forstå at:
- I - spesifikk impuls i sekunder.
- v - push, målt i m/s. Som er lik den effektive eksoshastigheten, målt i m/s (eller ft/s, avhengig av verdien av g).
- g er tyngdekraftens standard, 9,80665 m/s 2. I keiserlige enheter 32,174 ft/s 2.
Denne ligningen gjelder også for jetmotorer, men brukes sjelden i praksis.
Merk at noen ganger brukes forskjellige tegn. For eksempel er c også vurdert for eksoshastighet. Mens symboletsp kan logisk brukes for UI i enheter på N s/kg. For å unngå forvirring er det ønskelig å reservere den for en bestemt verdi, målt i sekunder før starten av beskrivelsen.
Dette er relatert til skyvekraften eller bevegelseskraften til den spesifikke impulsen til rakettmotoren, formelen.
Her er m massedrivstoffforbruket, som er nedgangen i kjøretøyets størrelse.
Minimering
Raketten må ha med seg alt av drivmiddel. Derfor må massen av uforbrent mat akselereres sammen med selve enheten. Å minimere mengden drivstoff som trengs for å oppnå en gitt skyvekraft er avgjørende for å bygge effektive raketter.
Tsiolkovskys spesifikke impulsformel viser at for en rakett med en gitt tom masse og en viss mengde drivstoff, kan den totale hastighetsendringen oppnås proporsjon alt med eksosens effektive hastighet.
Et romfartøy uten propell beveger seg i en bane som bestemmes av banen og gravitasjonsfeltet. Avvik fra det tilsvarende hastighetsmønsteret (k alt Δv) oppnås ved å skyve avgassmassen i motsatt retning av ønsket endring.
Faktisk hastighet kontra effektiv hastighet
Her er det verdt å merke seg at disse to konseptene kan variere betydelig. For eksempel, når en rakett skytes opp i atmosfæren, forårsaker lufttrykket utenfor motorenbremsekraft. Noe som reduserer den spesifikke impulsen og den effektive eksoshastigheten reduseres, mens den faktiske hurtigheten forblir praktisk t alt uendret. I tillegg har noen ganger rakettmotorer en egen dyse for turbingass. Beregningen av den effektive eksoshastigheten krever da å beregne gjennomsnittet av de to massestrømmene i tillegg til å ta hensyn til eventuelt atmosfærisk trykk.
Øk effektiviteten
For luftpustede jetmotorer, spesielt turbofans, varierer den faktiske eksoshastigheten og den effektive hastigheten med flere størrelsesordener. Dette skyldes det faktum at når man bruker luft som reaksjonsmasse, oppnås et betydelig ekstra momentum. Dette gir bedre samsvar mellom lufthastighet og eksoshastighet, noe som sparer energi og drivstoff. Og øker den effektive komponenten betydelig samtidig som den faktiske hurtigheten reduseres.
Energieffektivitet
For raketter og rakettlignende motorer som ionmodeller innebærer sp lavere energieffektivitet.
I denne formelen er v e den faktiske jethastigheten.
Derfor er den nødvendige kraften proporsjonal med hver eksoshastighet. Ved høyere hastigheter kreves det mye mer kraft for samme skyvekraft, noe som resulterer i mindre energieffektivitet med én enhet.
Men den totale energien for et oppdrag avhenger av det totale drivstofforbruket samt hvor mye energi som kreves per enhet. For lav eksoshastighetangående delta-v-oppdraget, trengs det enorme mengder reaksjonsmasse. Faktisk, av denne grunn, er en veldig lav eksoshastighet ikke energieffektiv. Men det viser seg at ingen type har høyest poengsum.
Variable
Teoretisk sett, for en gitt delta-v, i rommet, blant alle faste eksoshastighetsverdier, er ve=0,6275 den mest energieffektive for en gitt sluttmasse. For å lære mer kan du se energien i fremdriftsapparatet til romfartøyet.
Men variable eksoshastigheter kan være enda mer energieffektive. For eksempel, hvis en rakett akselereres med en positiv starthastighet ved å bruke en eksoshastighet som er lik produkthastigheten, går ingen energi tapt som en kinetisk komponent av reaksjonsmassen. Når den blir stasjonær.
