Specyficzny impuls

Specyficzne tempo do silnika rakietowego jest zmiana tempa za wyrzucana masa (gazów spalinowych lub masy nośnej ). Impuls właściwy wzrasta wraz z efektywną prędkością wyjścia wyrzucanej masy. Jest to istotny parametr napędu lub paliwa niezależnie od wielkości silnika. ${\ styl wyświetlania I _ {\ matematyka {sp}}}$

Jednostką impulsu właściwego są metry na sekundę (m/s), tak samo jak prędkość . W przypadku silników rakietowych zwyczajowo odbiega się od tego, aby opisać masę jako jej wagę przy normalnym przyspieszeniu spadania , przy czym impuls właściwy (wagi) jest pokazywany w jednostce s. Konkretny impuls podane w tym urządzeniu może być przekształcany do wartości zgodnej z SI przez pomnożenie jej przez przyspieszenie ziemskie około 9,806 m / s ² .

definicja

Specyficzny impuls to

${\ displaystyle I _ {\ mathrm {sp}} = {\ frac {\ mathrm {d} p} {\ mathrm {d} m}} = {\ frac {\ kropka {p}} {\ kropka {m} } } = {\ frac {F} {\ kropka {m}}}}$

z pędem i wyrzuconą masą Kropki oznaczają , pochodną po czasie. podobnie jak masowa przepustowość . Wynikająca z tego szybkość zmiany pędu , siły , nazywana jest ciągiem . Ponieważ pęd ma wymiar masa razy prędkość i masa znosi się, jednostką zgodną z układem SI jest m/s, imperialne stopy/s. ${\ styl wyświetlania p}$${\ styl wyświetlania m.}$${\ displaystyle {\ tfrac {\ matematyka {d}} {\ matematyka {d} t}}}$${\ styl wyświetlania {\ kropka {m}}}$${\ styl wyświetlania {\ kropka {p}}}$ ${\ styl wyświetlania F}$${\ styl wyświetlania I _ {\ matematyka {sp}}}$

Dzieląc pęd właściwy przez standardowe przyspieszenie ziemskie , otrzymujemy wielkość fizyczną typu czas ( ). ${\ styl wyświetlania g_ {0}}$${\ displaystyle I _ {\ mathrm {sp}} / g_ {0}}$

Przykładowe wartości dla silników

Impuls właściwy chemicznego silnika rakietowego jest określony przez prędkość wyjściową (określoną przez entalpię reakcji i gęstość paliwa, wzrost temperatury lub osiągniętą prędkość reakcji, konstrukcję i kompletność spalania). Najwyższe impulsy właściwe w obecnie stosowanych kombinacjach paliw osiąga się przy użyciu wodoru + tlenu i wodoru + fluoru. Najwyższa uzyskana eksperymentalnie wartość to około 4600 m/s ( silnik RL-10B2 i Vinci ).

Silniki jonowe wykorzystują pola elektryczne do przyspieszania jonów. W tym celu jonizuje się medium robocze. W zależności od przyłożonego napięcia jony mogą być przyspieszane do bardzo dużych prędkości, teoretycznie prawie do prędkości światła. Dostępne silniki jonowe mają impulsy właściwe od 30 do 40 km/s, dwustopniowy 4-siatkowy napęd jonowy ESA (DS4G) osiągał impuls właściwy 210 km/s.

podanie

Specyficzny pęd silnika rakietowego zależy od ciśnienia otoczenia. Konstrukcja Laval dyszy jest zoptymalizowana dla o określonym ciśnieniu końcowym. Wyższe stopnie rozwijają najwyższy impuls właściwy w próżni. Rozpoczynając od ziemi, maksymalny osiągalny impuls właściwy jest od 10 do 15 procent niższy z powodu ciśnienia atmosferycznego, ponieważ na niższych stopniach nie można rozszerzać się poniżej około 40 procent ciśnienia zewnętrznego. W przeciwnym razie zwykle stosowane dysze kielichowe spowodują przerwanie przepływu ( kryterium Summerfielda ). Alternatywą, która działa równie wydajnie zarówno w powietrzu, jak iw próżni, jest silnik aerospike .

Ponieważ impuls właściwy dla masy reprezentuje efektywną prędkość wypływu gazów w jednostkach SI, prędkość końcową rakiety można obliczyć z podstawowego równania rakiety Ziółkowskiego wraz z pełną i pustą masą .

Impuls objętościowy jest również ważny dla rakiet, które są używane w atmosferze, jak również dla rakiet wojskowych, które muszą być umieszczone w silosie lub w możliwie jak najmniejszym kontenerze transportowym , ponieważ chce się wtedy budować jak możliwie kompaktowe, tzn. o niskim oporze powietrza. Powstaje przez pomnożenie impulsu właściwego przez gęstość paliwa : ${\ displaystyle V _ {\ matematyka {dostawca}}}$${\ styl wyświetlania \ rho}$

${\ displaystyle V _ {\ mathrm {Isp}} = \ rho I _ {\ mathrm {sp}}}$

Na przykład impuls właściwy połączenia tetratlenku azotu z wariantami hydrazyny jest nieco mniejszy niż w przypadku ciekłego tlenu i nafty . Jednak gęstość jest wyższa, więc otrzymujesz mniejszy pocisk.

linki internetowe

• Prowadzić Dual-Ion Thruster etap siatkowe (DS4G) ( Memento z 27 lutego 2014 roku w Internet Archive )
• Charakterystyka RL-10 (Rocketdyne) ( Memento z 10 lutego 2010 w Internet Archive )
• Specyficzne impulsy . Centrum Badawcze NASA Glenna

Indywidualne dowody

1. ↑ Emma Young: ujawniono nowy supermocny silnik jonowy. New Scientist, 18 stycznia 2006, dostęp 18 listopada 2013 .