Impuls Spesifik (SP) ialah ukuran sejauh mana roket atau enjin menggunakan bahan api secara cekap. Secara takrifan, ini ialah jumlah lonjakan yang dihantar setiap unit kuasa yang digunakan dan saiz yang setara dengan tujahan yang dijana dibahagikan dengan aliran jisim. Jika kilogram digunakan sebagai unit propelan, maka impuls spesifik diukur dari segi halaju. Jika berat dalam newton atau pound-force digunakan sebaliknya, maka nilai khusus dinyatakan dalam sebutan masa, selalunya dalam saat.
Mendarab halaju aliran dengan graviti piawai menukarkan GI kepada jisim.
Persamaan Tsiolkovsky
Impuls khusus enjin berjisim lebih tinggi digunakan dengan lebih cekap untuk menjana tujahan ke hadapan. Dan dalam kes apabila roket digunakan, kurang bahan api diperlukan. Dialah yang diperlukan untuk delta-v ini. Mengikut persamaanTsiolkovsky, dalam dorongan khusus enjin roket, motor itu lebih cekap dalam mendaki, jarak dan kelajuan. Prestasi ini kurang penting dalam model reaktif. Yang menggunakan sayap dan udara luar untuk pembakaran. Dan bawa muatan yang jauh lebih berat daripada bahan api.
Impuls khusus termasuk gerakan yang dihasilkan oleh udara luar yang digunakan untuk pembakaran dan habis oleh bahan api terpakai. Enjin jet menggunakan suasana luar untuk ini. Oleh itu, mereka mempunyai UI yang lebih tinggi daripada enjin roket. Konsep ini, dari sudut jisim bahan api yang digunakan, mempunyai unit ukuran jarak dari masa ke masa. Yang merupakan nilai tiruan yang dipanggil "halaju gas ekzos berkesan". Ini lebih tinggi daripada halaju ekzos sebenar. Kerana jisim udara untuk pembakaran tidak diambil kira. Halaju ekzos sebenar dan berkesan adalah sama dalam enjin roket yang tidak menggunakan udara atau air contohnya.
Pertimbangan umum
Jumlah bahan api biasanya diukur dalam unit jisim. Jika ia digunakan, maka impuls khusus ialah impuls per EM, yang, seperti yang ditunjukkan oleh analisis saiz, mempunyai unit halaju. Oleh itu UI selalunya diukur dalam meter sesaat. Dan sering dirujuk sebagai kelajuan berkesan ekzos. Walau bagaimanapun, jika jisim digunakan, impuls spesifik bahan api dibahagikan dengan daya ternyata menjadi unit masa. Oleh itu, tolakan tertentu diukur dalam beberapa saat.
Peraturan inilah yang menjadi peraturan utama dalam dunia moden, digunakan secara meluaspekali r0 (kekal pecutan graviti di permukaan Bumi).
Perlu diperhatikan bahawa kadar perubahan impuls roket (termasuk bahan apinya) setiap unit masa adalah sama dengan impuls tujahan tertentu.
Spesifik
Semakin tinggi tolakan, semakin sedikit bahan api yang diperlukan untuk menjana tujahan tertentu untuk jangka masa tertentu. Dalam hal ini, cecair lebih berkesan, lebih besar UInya. Walau bagaimanapun, ini tidak boleh dikelirukan dengan kecekapan tenaga, yang boleh berkurangan dengan peningkatan tujahan, kerana impuls khusus enjin, yang memberikan hasil yang tinggi, memerlukan banyak tenaga untuk melakukan ini.
Selain itu, adalah penting untuk membezakan dan tidak mengelirukan tarikan dengan tolakan tertentu. UI dicipta setiap unit bahan api yang digunakan. Dan tujahan ialah daya serta-merta atau puncak yang dihasilkan oleh peranti tertentu. Dalam kebanyakan kes, sistem pendorong impuls spesifik yang sangat tinggi - sesetengah pemasangan ion mencapai 10,000 saat - menghasilkan tujahan yang rendah.
Apabila mengira tolakan, hanya bahan api yang dibawa bersama kenderaan sebelum digunakan diambil kira. Oleh itu, bagi ahli kimia roket, jisim akan merangkumi kedua-dua propelan dan pengoksida. Untuk enjin bernafas udara, hanya jumlah cecair diambil kira, bukan jisim udara yang melalui enjin.
Seretan atmosfera dan ketidakupayaan loji untuk mengekalkan impuls spesifik yang tinggi pada kadar pembakaran yang tinggi adalah sebab mengapa semua bahan api tidak digunakan secepat mungkin.
Lebih beratmotor dengan MI yang baik mungkin tidak berkesan dalam pendakian, jarak atau kelajuan seperti instrumen ringan dengan prestasi yang lemah
Jika bukan kerana rintangan udara dan mengurangkan penggunaan bahan api semasa penerbangan, MI akan menjadi ukuran langsung kecekapan enjin dalam menukar jisim kepada pendorongan hadapan.
Impuls khusus dalam beberapa saat
Unit yang paling biasa untuk tolakan tertentu ialah Hs. Kedua-duanya dalam konteks SI dan dalam kes di mana nilai imperial atau konvensional digunakan. Kelebihan saat ialah unit ukuran dan nilai berangka adalah sama untuk semua sistem dan pada asasnya adalah universal. Hampir semua pengeluar menyenaraikan prestasi enjin mereka dalam beberapa saat. Dan peranti sedemikian juga berguna untuk menentukan spesifik peranti pesawat.
Menggunakan meter sesaat untuk mencari halaju ekzos berkesan juga agak biasa. Blok ini intuitif apabila menerangkan enjin roket, walaupun halaju ekzos berkesan peranti mungkin berbeza dengan ketara daripada yang sebenar. Ini berkemungkinan besar disebabkan oleh bahan api dan pengoksida dibuang ke laut selepas pam turbo dihidupkan. Untuk enjin jet pernafasan udara, halaju ekzos berkesan tidak mempunyai makna fizikal. Walaupun ia boleh digunakan untuk tujuan perbandingan.
Unit
Nilai yang dinyatakan dalam Ns (dalam kilogram) tidak jarang dan secara berangka sama dengan halaju ekzos berkesan dalam m / s (daripada hukum kedua Newton dan hukumnya.takrifan).
Unit lain yang setara ialah penggunaan bahan api khusus. Ia mempunyai unit ukuran seperti g (kN s) atau lb/jam. Mana-mana unit ini adalah berkadar songsang dengan impuls tertentu. Dan penggunaan bahan api digunakan secara meluas untuk menggambarkan prestasi enjin jet.
Takrifan umum
Untuk semua kenderaan, impuls khusus (tolak per unit berat bahan api di Bumi) dalam saat boleh ditentukan oleh persamaan berikut.
Untuk menjelaskan keadaan, adalah penting untuk menjelaskan bahawa:
- F ialah daya graviti piawai, yang secara nominal dinyatakan sebagai kuasa di permukaan Bumi, dalam m/s 2 (atau kaki/s kuasa dua).
- g ialah kadar aliran jisim dalam kg/s, yang kelihatan negatif berkenaan dengan kadar perubahan jisim kenderaan dari semasa ke semasa (apabila bahan api ditolak keluar).
Ukuran
Unit Bahasa Inggeris, paun, lebih biasa digunakan daripada unit lain. Dan juga apabila menggunakan nilai sesaat ini untuk kadar aliran, apabila menukar, pemalar r 0 menjadi tidak diperlukan. Memandangkan ia menjadi setara secara dimensi dengan paun dibahagikan dengan g 0.
I sp dalam beberapa saat ialah masa peranti boleh menjana impuls tujahan tertentu enjin roket, memandangkan jumlah propelan yang beratnya sama dengan tujahan.
Kelebihan perkataan ini ialah ia boleh digunakan untukroket, di mana keseluruhan jisim tindak balas diangkut di atas kapal, dan juga untuk pesawat, di mana kebanyakan jisim tindak balas diambil dari atmosfera. Selain itu, ia memberikan hasil yang tidak bergantung pada unit yang digunakan.
Impuls khusus sebagai halaju (halaju ekzos berkesan)
Disebabkan faktor geosentrik g 0 dalam persamaan, ramai yang memilih untuk mentakrifkan tujahan roket (khususnya) dari segi tujahan per unit jisim aliran bahan api. Ini adalah cara yang sama sah (dan dalam beberapa cara agak mudah) untuk menentukan kecekapan impuls khusus bahan dorong. Jika kita mempertimbangkan pilihan lain, keadaan akan menjadi hampir di mana-mana sama. Roket bagi impuls khusus tertentu hanyalah halaju ekzos berkesan berbanding peranti. Kedua-dua sifat tolakan tertentu adalah berkadar antara satu sama lain dan berkaitan seperti berikut.
Untuk menggunakan formula, anda perlu memahami bahawa:
- I - impuls tertentu dalam beberapa saat.
- v - tolak, diukur dalam m/s. Yang sama dengan halaju ekzos berkesan, diukur dalam m/s (atau kaki/s, bergantung pada nilai g).
- g ialah piawai graviti, 9.80665 m/s 2. Dalam unit Imperial 32.174 kaki/s 2.
Persamaan ini juga digunakan untuk enjin jet, tetapi jarang digunakan dalam amalan.
Perhatikan bahawa kadangkala aksara yang berbeza digunakan. Sebagai contoh, c juga dipertimbangkan untuk halaju ekzos. Manakala simbolsp boleh digunakan secara logik untuk UI dalam unit N s/kg. Untuk mengelakkan kekeliruan, adalah wajar untuk menempahnya untuk nilai tertentu, diukur dalam beberapa saat sebelum permulaan perihalan.
Ini berkaitan dengan tujahan atau daya pergerakan impuls khusus enjin roket, formula.
Di sini m ialah penggunaan bahan api jisim, iaitu kadar penurunan dalam magnitud kenderaan.
Pengurangan
Roket mesti membawa semua propelannya. Oleh itu, jisim makanan yang tidak dibakar mesti dipercepatkan bersama-sama dengan peranti itu sendiri. Meminimumkan jumlah bahan api yang diperlukan untuk mencapai tujahan tertentu adalah penting untuk membina roket yang cekap.
Formula impuls khusus Tsiolkovsky menunjukkan bahawa untuk roket dengan jisim kosong tertentu dan jumlah bahan api tertentu, jumlah perubahan halaju boleh dicapai mengikut perkadaran dengan kelajuan berkesan ekzos.
Sebuah kapal angkasa tanpa kipas bergerak dalam orbit yang ditentukan oleh trajektorinya dan sebarang medan graviti. Penyimpangan daripada corak halaju yang sepadan (dipanggil Δv) dicapai dengan menolak jisim gas ekzos ke arah yang bertentangan dengan perubahan yang diingini.
Kelajuan sebenar berbanding kelajuan berkesan
Di sini perlu diperhatikan bahawa kedua-dua konsep ini boleh berbeza dengan ketara. Sebagai contoh, apabila roket dilancarkan di atmosfera, tekanan udara di luar enjin menyebabkandaya brek. Yang mengurangkan impuls spesifik dan halaju ekzos berkesan dikurangkan, manakala kepantasan sebenar kekal praktikal tidak berubah. Di samping itu, kadangkala enjin roket mempunyai muncung yang berasingan untuk gas turbin. Pengiraan halaju ekzos berkesan kemudiannya memerlukan purata dua aliran jisim serta mengambil kira sebarang tekanan atmosfera.
Tingkatkan kecekapan
Untuk enjin jet bernafas udara, khususnya kipas turbo, kelajuan ekzos sebenar dan kelajuan berkesan berbeza mengikut beberapa urutan magnitud. Ini disebabkan oleh fakta bahawa apabila menggunakan udara sebagai jisim tindak balas, momentum tambahan yang ketara dicapai. Ini membolehkan padanan yang lebih baik antara kelajuan udara dan halaju ekzos, yang menjimatkan tenaga dan bahan api. Dan meningkatkan komponen berkesan dengan ketara sambil mengurangkan kepantasan sebenar.
Kecekapan Tenaga
Untuk roket dan enjin seperti roket seperti model ion, sp membayangkan kecekapan tenaga yang lebih rendah.
Dalam formula ini, v e ialah halaju jet sebenar.
Oleh itu daya yang diperlukan adalah berkadar dengan setiap halaju ekzos. Pada kelajuan yang lebih tinggi, lebih banyak kuasa diperlukan untuk tujahan yang sama, menghasilkan kecekapan tenaga yang kurang sebanyak satu unit.
Walau bagaimanapun, jumlah tenaga untuk misi bergantung pada jumlah penggunaan bahan api serta jumlah tenaga yang diperlukan setiap unit. Untuk kelajuan ekzos rendahmengenai misi delta-v, sejumlah besar jisim tindak balas diperlukan. Malah, atas sebab ini, halaju ekzos yang sangat rendah tidak cekap tenaga. Tetapi ternyata tiada jenis yang mempunyai markah tertinggi.
Pembolehubah
Secara teorinya, untuk delta-v tertentu, dalam ruang, antara semua nilai halaju ekzos tetap, ve=0.6275 ialah yang paling cekap tenaga untuk jisim akhir tertentu. Untuk mengetahui lebih lanjut, anda boleh melihat tenaga dalam radas pendorong kapal angkasa.
Walau bagaimanapun, kadar ekzos berubah boleh menjadi lebih cekap tenaga. Sebagai contoh, jika roket dipercepatkan pada beberapa halaju awal positif menggunakan halaju ekzos yang sama dengan halaju produk, tiada tenaga hilang sebagai komponen kinetik jisim tindak balas. Apabila ia menjadi pegun.
