Specific Impulse (SP) on mitta siitä, kuinka tehokkaasti raketti tai moottori käyttää polttoainetta. Määritelmän mukaan tämä on kulutettua tehoyksikköä kohti toimitettu kokonaispiikki, joka vastaa kooltaan generoitua työntövoimaa jaettuna massavirralla. Jos ponneaineen yksikkönä käytetään kilogrammaa, ominaisimpulssi mitataan nopeudella. Jos sen sijaan käytetään painoa newtoneina tai paunavoimana, tietty arvo ilmaistaan ajassa, yleisimmin sekunneissa.
Virtausnopeuden kertominen vakiopainovoimalla muuttaa GI:n massaksi.
Tsiolkovsky-yhtälö
Mass altaan suuremman moottorin ominaisimpulssia käytetään tehokkaammin eteenpäin työntövoiman tuottamiseen. Ja jos käytetään rakettia, tarvitaan vähemmän polttoainetta. Häntä tarvitaan tähän delta-v:hen. Yhtälön mukaanTsiolkovsky, rakettimoottorin erityisimpulssissa moottori on tehokkaampi kiipeämisessä, matkassa ja nopeudessa. Tämä suorituskyky on vähemmän tärkeä reaktiivisissa malleissa. Jotka käyttävät siipiä ja ulkoilmaa palamiseen. Ja kuljettaa hyötykuormaa, joka on paljon raskaampaa kuin polttoaine.
Erityinen impulssi sisältää polttoon käytetyn ja käytetyn polttoaineen kuluttaman ulkoilman synnyttämän liikkeen. Suihkumoottorit käyttävät tähän ulkoilmaa. Ja siksi niillä on paljon korkeampi käyttöliittymä kuin rakettimoottoreilla. Tällä konseptilla on kulutetun polttoainemassan näkökulmasta etäisyyden mittayksiköt ajan suhteen. Ne ovat keinotekoisia arvoja, joita kutsutaan "tehokkaaksi pakokaasun nopeudeksi". Tämä on suurempi kuin todellinen pakokaasun nopeus. Koska palamisilman massaa ei oteta huomioon. Todellinen ja tehokas pakokaasun nopeus ovat samat rakettimoottoreissa, jotka eivät käytä esimerkiksi ilmaa tai vettä.
Yleiset huomiot
Polttoaineen määrä mitataan yleensä massayksiköissä. Jos sitä käytetään, niin ominaisimpulssi on impulssi per EM, jolla, kuten kokoanalyysi osoittaa, on nopeusyksikköjä. Ja niin käyttöliittymä mitataan usein metreinä sekunnissa. Ja sitä kutsutaan usein pakokaasun tehokkaaksi nopeudeksi. Jos kuitenkin käytetään massaa, polttoaineen ominaisimpulssi jaettuna voimalla osoittautuu aikayksiköksi. Ja siten tietyt työntöt mitataan sekunneissa.
Tämä sääntö on nykymaailman tärkein sääntö, jota käytetään laajastikerroin r0 (painovoiman kiihtyvyyden vakio Maan pinnalla).
On syytä huomata, että raketin impulssin (mukaan lukien sen polttoaine) muutosnopeus aikayksikköä kohden on yhtä suuri kuin ominaistyöntöimpulssi.
Omat tiedot
Mitä korkeampi työntö, sitä vähemmän polttoainetta tarvitaan tietyn työntövoiman tuottamiseen tietyn ajan. Tässä suhteessa neste on tehokkaampi, mitä suurempi sen käyttöliittymä. Tätä ei kuitenkaan pidä sekoittaa energiatehokkuuteen, joka voi laskea työntövoiman kasvaessa, koska moottorin ominaisimpulssi, joka antaa korkeat tulokset, vaatii paljon energiaa tämän tekemiseen.
On myös tärkeää erottaa veto ja olla sekoittamatta tiettyyn työntöyn. Käyttöliittymä luodaan kulutettua polttoaineyksikköä kohti. Ja työntövoima on hetkellinen tai huippuvoima, jonka tietty laite tuottaa. Monissa tapauksissa erittäin korkean ominaisimpulssin propulsiojärjestelmät - jotkut ioniasennukset saavuttavat 10 000 sekuntia - tuottavat alhaisen työntövoiman.
Työtön laskennassa huomioidaan vain polttoaine, joka kuljetetaan ajoneuvon mukana ennen käyttöä. Siksi rakettikemistille massa sisältää sekä ponneaineen että hapettimen. Ilmahengitetyissä moottoreissa vain nesteen määrä otetaan huomioon, ei moottorin läpi kulkevan ilman massaa.
Ilmakehän vastus ja laitoksen kyvyttömyys ylläpitää korkeaa ominaisimpulssia korkeilla palonopeuksilla on juuri syy siihen, miksi kaikkea polttoainetta ei käytetä mahdollisimman nopeasti.
Raskaampimoottori, jolla on hyvä MI, ei ehkä ole yhtä tehokas kiipeämisessä, matkassa tai nopeudessa kuin kevyt instrumentti, jonka suorituskyky on huono
Jos se ei olisi ilmanvastusta ja pienentynyttä polttoaineenkulutusta lennon aikana, MI olisi suora mitta moottorin tehokkuudesta muuntaa massa eteenpäin propulsiovoimaksi.
Erityinen impulssi sekunneissa
Yleisin yksikkö tietylle työntölle on Hs. Sekä SI:n yhteydessä että tapauksissa, joissa käytetään keisarillisia tai tavanomaisia arvoja. Sekuntien etuna on, että mittayksikkö ja numeerinen arvo ovat samat kaikissa järjestelmissä ja ne ovat periaatteessa yleismaailmallisia. Lähes kaikki valmistajat ilmoittavat moottorinsa suorituskyvyn sekunneissa. Ja tällainen laite on hyödyllinen myös lentokonelaitteen ominaisuuksien määrittämisessä.
Metriä sekunnissa käyttäminen tehokkaan pakokaasun nopeuden määrittämiseen on myös melko yleistä. Tämä lohko on intuitiivinen kuvattaessa rakettimoottoreita, vaikka laitteiden tehollinen pakokaasunopeus voi poiketa merkittävästi todellisesta. Tämä johtuu todennäköisimmin siitä, että polttoainetta ja hapetinta putoavat laidan yli sen jälkeen, kun turbopumput on kytketty päälle. Ilmaa hengittävissä suihkumoottoreissa tehokkaalla pakokaasun nopeudella ei ole fyysistä merkitystä. Vaikka sitä voidaan käyttää vertailutarkoituksiin.
Yksiköt
Ns (kilogrammoina) ilmaistut arvot eivät ole harvinaisia, ja ne ovat numeerisesti yhtä suuria kuin efektiivinen pakokaasun nopeus m/s (Newtonin toisesta laista ja hänenmääritelmät).
Toinen vastaava yksikkö on ominaiskulutus. Siinä on mittayksiköt, kuten g (kN s) tai lb/h. Mikä tahansa näistä yksiköistä on kääntäen verrannollinen tiettyyn impulssiin. Ja polttoaineenkulutusta käytetään laaj alti kuvaamaan suihkumoottoreiden suorituskykyä.
Yleinen määritelmä
Kaikkien ajoneuvojen ominaisimpulssi (työntö polttoaineen painoyksikköä kohti Maan päällä) sekunneissa voidaan määrittää seuraavalla yhtälöllä.
Tilanneen selventämiseksi on tärkeää selventää seuraavaa:
- F on vakiopainovoima, joka on nimellisesti ilmoitettu tehona maan pinnalla, m/s 2 (tai ft/s neliö).
- g on massavirtausnopeus kg/s, joka näyttää negatiiviselta suhteessa ajoneuvon massan muutosnopeuteen ajan myötä (kun polttoainetta työnnetään ulos).
Mittaus
Englannin yksikköä, punta, käytetään yleisemmin kuin muita yksiköitä. Ja myös käytettäessä tätä arvoa sekunnissa virtausnopeudelle, muunnettaessa vakio r 0 tulee tarpeettomaksi. Kun siitä tulee mitoiltaan sama kuin puntaa jaettuna g:lla 0.
I sp sekunneissa on aika, jonka laite voi tuottaa tietyn rakettimoottorin työntövoiman impulssin, kun ponneainemäärä on yhtä suuri kuin työntövoima.
Tämän sanamuodon etuna on, että sitä voidaan käyttääraketteja, joissa koko reaktiomassa kuljetetaan aluksella, sekä lentokoneisiin, joissa suurin osa reaktiomassasta otetaan ilmakehästä. Lisäksi se antaa tuloksen, joka on riippumaton käytetyistä yksiköistä.
Erityinen impulssi nopeudena (tehollinen pakokaasun nopeus)
Yhtälön geosentrisen tekijän g 0 vuoksi monet haluavat määritellä raketin työntövoiman (erityisesti) työntövoimana polttoainevirran massayksikköä kohti. Tämä on yhtä pätevä (ja jollain tapaa hieman yksinkertaisempi) tapa määrittää ponneaineen ominaisimpulssitehokkuus. Jos harkitsemme muita vaihtoehtoja, tilanne on lähes kaikkialla sama. Tietyn impulssin raketit ovat yksinkertaisesti tehollinen pakokaasun nopeus suhteessa laitteeseen. Tietyn työntöasetuksen kaksi attribuuttia ovat verrannollisia toisiinsa ja liittyvät toisiinsa seuraavasti.
Kaavan käyttämiseksi sinun on ymmärrettävä, että:
- I - tietty impulssi sekunneissa.
- v - työntö, mitattuna m/s. Joka on yhtä suuri kuin efektiivinen pakokaasun nopeus, mitattuna m/s (tai ft/s, riippuen g:n arvosta).
- g on painovoimastandardi, 9,80665 m/s 2. Imperial-yksiköissä 32,174 ft/s 2.
Tämä yhtälö pätee myös suihkumoottoreihin, mutta sitä käytetään harvoin käytännössä.
Huomaa, että joskus käytetään erilaisia merkkejä. Esimerkiksi c:tä otetaan huomioon myös pakokaasun nopeus. Vaikka symbolisp voidaan loogisesti käyttää käyttöliittymälle yksiköissä N s/kg. Sekaannusten välttämiseksi on toivottavaa varata se tietylle arvolle, joka mitataan sekunneissa ennen kuvauksen alkua.
Tämä liittyy rakettimoottorin erityisimpulssin työntövoimaan tai liikevoimaan, kaavaan.
Tässä m on massapolttoaineenkulutus, joka on ajoneuvon suuruuden laskun nopeus.
Minimointi
Raketin on kuljettava kaikki ponneaineensa. Siksi palamattoman ruoan massaa on kiihdytettävä itse laitteen mukana. Tietyn työntövoiman saavuttamiseen tarvittavan polttoaineen määrän minimoiminen on ratkaisevan tärkeää tehokkaiden rakettien rakentamisessa.
Tsiolkovskyn erityinen impulssikaava osoittaa, että raketilla, jolla on tietty tyhjä massa ja tietty määrä polttoainetta, nopeuden kokonaismuutos voidaan saavuttaa suhteessa pakokaasun teholliseen nopeuteen.
Avaruusalus ilman potkuria liikkuu kiertoradalla, jonka sen liikerata ja mahdollinen gravitaatiokenttä määräävät. Poikkeamat vastaavasta nopeuskuviosta (kutsutaan Δv:ksi) saadaan aikaan työntämällä pakokaasumassaa halutun muutoksen vastakkaiseen suuntaan.
Todellinen nopeus vs. tehollinen nopeus
Tässä on syytä huomata, että nämä kaksi käsitettä voivat erota toisistaan merkittävästi. Esimerkiksi kun raketti laukaistaan ilmakehään, moottorin ulkopuolella oleva ilmanpaine aiheuttaajarrutusvoima. Mikä vähentää ominaisimpulssia ja tehollinen pakokaasunopeus pienenee, kun taas todellinen nopeus pysyy käytännössä ennallaan. Lisäksi joskus rakettimoottoreissa on erillinen suutin turbiinikaasulle. Tehollisen pakokaasun nopeuden laskeminen edellyttää sitten kahden massavirran keskiarvon laskemista sekä mahdollisen ilmanpaineen huomioon ottamista.
Kasvata tehokkuutta
Ilmahengitetyissä suihkumoottoreissa, erityisesti turbopuh altimissa, todellinen pakokaasun nopeus ja tehollinen nopeus vaihtelevat useita suuruusluokkia. Tämä johtuu siitä, että käytettäessä ilmaa reaktiomassana saadaan aikaan merkittävä lisävauhti. Tämä mahdollistaa ilmanopeuden ja pakokaasun nopeuden paremman yhteensovittamisen, mikä säästää energiaa ja polttoainetta. Ja lisää merkittävästi tehollista komponenttia ja vähentää todellista nopeutta.
Energiatehokkuus
Rakettien ja raketin k altaisten moottoreiden, kuten ionimallien kohdalla sp tarkoittaa alhaisempaa energiatehokkuutta.
Tässä kaavassa v e on suihkun todellinen nopeus.
Siksi vaadittu voima on verrannollinen jokaiseen pakokaasunopeuteen. Suuremmilla nopeuksilla samaan työntövoimaan tarvitaan paljon enemmän tehoa, mikä vähentää energiatehokkuutta yhdellä yksiköllä.
Tehtävän kokonaisenergia riippuu kuitenkin polttoaineen kokonaiskulutuksesta sekä siitä, kuinka paljon energiaa tarvitaan yksikköä kohti. Alhaiseen pakokaasunopeuteendelta-v-tehtävässä tarvitaan v altavia määriä reaktiomassaa. Itse asiassa tästä syystä erittäin alhainen pakokaasun nopeus ei ole energiatehokas. Mutta käy ilmi, ettei millään tyypillä ole korkeimpia pisteitä.
Muuttuja
Teoriassa tietyllä delta-v:llä avaruudessa, kaikkien kiinteiden pakokaasun nopeusarvojen joukossa, ve=0,6275 on energiatehokkain tietylle lopulliselle massalle. Saat lisätietoja katsomalla avaruusaluksen propulsiolaitteen energiaa.
Vaihtelevat pakokaasunopeudet voivat kuitenkin olla vieläkin energiatehokkaampia. Esimerkiksi, jos rakettia kiihdytetään jollain positiivisella alkunopeudella käyttämällä pakokaasun nopeutta, joka on yhtä suuri kuin tuotteen nopeus, energiaa ei menetetä reaktiomassan kineettisenä komponenttina. Kun se pysähtyy.
