Impuls specific

Momentul specific al unui motor rachetă este modificarea impulsului pe masa evacuată (gaze de ardere sau masă de susținere ). Impulsul specific crește odată cu viteza efectivă de ieșire a masei evacuate. Este un parametru esențial al unei acționări sau al unui combustibil, indiferent de dimensiunea motorului. ${\ displaystyle I _ {\ mathrm {sp}}}$

Unitatea impulsului specific este de metri pe secundă (m / s), aceeași cu cea a vitezei . În cazul motoarelor rachete, este obișnuit să se abată de la aceasta pentru a descrie masa ca greutatea sa sub accelerație normală de cădere , prin care impulsul specific (greutate) este prezentat în unități. Un impuls specific dat în această unitate poate fi convertit în valoarea conformă cu SI, înmulțindu-l cu accelerația datorată greutății de aproximativ 9.806 m / s ² .

definiție

Impulsul specific este

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

cu impulsul și masa expulzată Punctele reprezintă derivatul timpului. la fel este și randamentul de masă . Rata de schimbare a impulsului rezultată , forța , se numește tracțiune . Deoarece impulsul are dimensiunea masei ori viteza și masa se anulează, unitatea conformă cu SI este m / s, ft imperial / s. ${\ displaystyle p}$${\ displaystyle m.}$${\ displaystyle {\ tfrac {\ mathrm {d}} {\ mathrm {d} t}}}$${\ displaystyle {\ dot {m}}}$${\ displaystyle {\ dot {p}}}$ ${\ displaystyle F}$${\ displaystyle I _ {\ mathrm {sp}}}$

Prin împărțirea impulsului specific la accelerația standard datorată gravitației , se obține o mărime fizică a tipului de cantitate timp ( ). ${\ displaystyle g_ {0}}$${\ displaystyle I _ {\ mathrm {sp}} / g_ {0}}$

Exemple de valori pentru motoare

Impulsul specific al unui motor cu rachetă chimică este determinat de viteza de ieșire (determinată de entalpia de reacție și densitatea combustibilului, creșterea temperaturii sau viteza de reacție realizată, proiectarea și completitudinea arderii). Cele mai mari impulsuri specifice în combinațiile de combustibili utilizate astăzi sunt realizate cu hidrogen + oxigen și hidrogen + fluor. Cea mai mare valoare realizată experimental este de aproximativ 4600 m / s ( motorul RL-10B2 și Vinci ).

Propulsoarele ionice folosesc câmpuri electrice pentru a accelera ionii. În acest scop, un mediu de lucru este ionizat. În funcție de tensiunea aplicată, ionii pot fi accelerați la viteze foarte mari, teoretic până la aproape viteza luminii. Propulsoarele ionice disponibile au impulsuri specifice de 30 până la 40 km / s, sistemul de acționare cu ioni cu dublă etapă (DS4G) al ESA a atins un impuls specific de 210 km / s.

cerere

Momentul specific al unui motor rachetă depinde de presiunea ambiantă. Construcția duzei Laval este optimizat pentru o presiune finală specifică. Clasele superioare dezvoltă cel mai mare impuls specific în vid. Când începeți de la pământ, impulsul maxim maxim realizabil este cu 10-15% mai mic din cauza presiunii atmosferice, deoarece nu vă puteți extinde sub aproximativ 40% din presiunea externă în etapele inferioare. În caz contrar, duzele de clopot utilizate în mod normal vor avea ca rezultat o rupere a debitului ( criteriul Summerfield ). O alternativă care funcționează la fel de eficient atât în ​​aer, cât și în vid este motorul aerospike .

Deoarece impulsul specific de masă reprezintă viteza efectivă de ieșire a gazelor în unități SI, viteza finală a rachetei poate fi calculată din ecuația de bază a rachetei lui Ziolkowski împreună cu masa completă și goală .

Impulsul specific volumului este, de asemenea, important pentru rachetele care sunt folosite în atmosferă, precum și pentru rachetele militare care trebuie să fie adăpostite într-un siloz sau într-un container de transport cât mai mic posibil , pentru că atunci se dorește construirea cât mai compact posibil, adică cu rezistență redusă la aer. Se formează prin înmulțirea impulsului specific cu densitatea combustibilului : ${\ displaystyle V _ {\ mathrm {Isp}}}$${\ displaystyle \ rho}$

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

De exemplu, impulsul specific al combinației de tetroxid de azot cu variantele de hidrazină este ceva mai mic decât cel al oxigenului lichid și al kerosenului . Cu toate acestea, densitatea este mai mare, astfel încât veți obține o rachetă mai mică.

Link-uri web

• Propulsion Dual-stage Gridded Ion Thruster (DS4G) ( Memento din 27 februarie 2014 în Internet Archive )
• Caracteristici RL-10 (Rocketdyne) ( Memento din 10 februarie 2010 în Arhiva Internet )
• Impulsuri specifice . Centrul de cercetare Glenn al NASA

Dovezi individuale

1. ↑ Emma Young: dezvăluit un nou motor ionic super-puternic. New Scientist, 18 ianuarie 2006, accesat la 18 noiembrie 2013 .