Специфический импульс
Специфический импульс (часто сокращенный до Isp) - это способ описания того, насколько хорошо работает ракета. Он также используется для описания того, насколько хорошо работает реактивный двигатель. Он может быть использован для сравнения ракет разных размеров. Это способ узнать, какое усилие производит данный двигатель на каждый бит топлива. Для этого необходимо знать, сколько топлива находится в двигателе. Высокий удельный импульс означает, что для работы ракеты также требуется меньше топлива. Если удельный импульс ниже, это означает, что для работы ракеты также требуется больше топлива.
Конкретный импульс является полезным значением для сравнения ракетных или реактивных двигателей. Он используется так же, как мили на галлон или литры на 100 километров используется для сравнения автомобилей. Двигатель с более высоким удельным импульсом лучше расходует топливо. Это означает, что одно и то же количество топлива позволяет ракете двигаться быстрее после того, как все топливо исчерпано.
Ракетный двигатель с более высоким удельным импульсом не означает, что он "более мощный". То есть, он не заставит ракету разгоняться сильнее. На самом деле, конструкции двигателей с наибольшим удельным импульсом, как и ионные двигатели, являются "самыми слабыми" из всех типов двигателей. Они ускоряют ракету медленно, но неуклонно в течение длительного периода времени, используя лишь небольшое количество топлива. В гонке между двумя ракетами с одинаковым количеством топлива и двумя разными двигателями, ракета с более мощным двигателем займет первое место, но когда сгорит все топливо, у ракеты с более высоким удельным импульсом все равно останется некоторое количество топлива, и она продолжит ускоряться. В конце концов, она обгонит своего противника и выиграет гонку, если расстояние будет достаточно большим, чтобы использовать свое долгосрочное преимущество.
Цифра, показывающая силу, создаваемую ракетным двигателем Estes A10-PT в течение примерно 1 секунды. Имеется также информация об импульсе, количестве топлива и удельном импульсе.
Измерения
Есть два способа, которым люди находят номер для конкретного импульса. Чтобы найти конкретный импульс, один делит импульс на количество топлива. Импульс - это измерение того, сколько силы производит ракетный двигатель и как долго. Двигатель, который производит низкое усилие в течение длительного времени, иногда может иметь больший импульс, чем двигатель, который производит высокое усилие в течение короткого времени. Импульс измеряется в ньютонах, умноженных на секунды (N*s).
Количество топлива, используемого для поиска удельного импульса, может быть измерено различными способами. Иногда оно измеряется по массе, а иногда и по весу. Когда количество топлива измеряется в массе, удельный импульс выражается в скорости. Обычно она измеряется в метрах в секунду. Когда конкретный импульс измеряется как скорость, он имеет другое название. Его также называют эффективной скоростью выхлопа. Другой способ измерения количества топлива - это масса. При использовании веса удельный импульс измеряется в единицах времени, обычно в секундах. Эти два способа являются общими. Они оба сравнивают производительность двигателей.
Когда удельный импульс выше, для работы ракеты на определенном уровне требуется меньше топлива. Таким образом, топливо более эффективно, если удельный импульс выше.
Будьте осторожны, чтобы не сбить с толку тягу и специфический импульс. Тяга - это только сила, создаваемая ракетой в один момент времени. Удельный импульс - это мера силы, основанная на количестве топлива.
Когда люди находят определенный импульс, единственное топливо, которое учитывается, находится в ракете до того, как она будет выпущена. Сюда входят топливо и окислитель (та часть топлива, которая помогает топливу сгореть). Окислителем иногда является кислород, а часто и что-то другое (см. ракетный двигатель#Жидкости, твердые вещества и гибриды).
Примеры
| Специфический импульс различных способов толкания ракеты | |||
| Двигатель | Эффективная скорость отработавших газов | Конкретный импульс | Энергия на кг отработанных газов |
| Реактивный турбореактивный двигатель | 29,000 | 3,000 | ~0.05 |
| твердотопливная ракета | 2,500 | 250 | 3 |
| Жидкотопливная ракета | 4,400 | 450 | 9.7 |
| ионное подруливающее устройство | 29,000 | 3,000 | 430 |
| Двухступенчатый сетчатый электростатический ионный толкатель | 210,000 | 21,400 | 22,500 |
| VASIMR | 30,000-120,000 | 3,000-12,000 | 1,400 |
Реактивные (самолетные) двигатели расходуют топливо лучше, чем ракетные. Это объясняется тем, что газы выходят не так быстро. Поскольку они не выходят так быстро, выхлопные газы не уносят столько энергии. Это означает, что реактивный двигатель потребляет гораздо меньше энергии для подталкивания самолета. Это также потому, что воздух, который проходит через двигатель во время полета реактивного самолета, помогает топливу гореть быстрее.
Модель рокетрии
Специфический импульс используется также для описания того, как хорошо работают модели ракетных двигателей. В таблице ниже приведены некоторые из заявленных компанией Estes значений удельных импульсов для нескольких своих ракетных двигателей: Эстес Индастриз" является крупным, хорошо известным американским продавцом модельных ракет и деталей ракет. Удельный импульс для модельных ракетных двигателей намного ниже, чем для многих других ракетных двигателей, поскольку в качестве топлива используется черный порошок. Черный порошок используется в модельных ракетных двигателях, потому что он стоит дешевле.
| Двигатель | Общий Импульс (Ns) | Вес топлива (N) | Удельный Импульс (ы) |
| Эстес А10-3Т | 2.5 | .0370 | 67.49 |
| Эстес А8-3 | 2.5 | .0306 | 81.76 |
| Эстес B4-2 | 5.0 | .0816 | 61.25 |
| Эстес В6-4 | 5.0 | .0612 | 81.76 |
| Estes C6-3 | 10 | .1223 | 81.76 |
| Estes C11-5 | 10 | .1078 | 92.76 |
| Estes D12-3 | 20 | .2443 | 81.86 |
| Estes E9-6 | 30 | .3508 | 85.51 |
| Специфические импульсы для нескольких ракетных двигателей Estes. | |||
Большие ракетные двигатели
Вот несколько примеров номеров для больших ракетных двигателей:
| Тип двигателя | Пример использования | Конкретный импульс (ы) | Эффективная скорость отработавших газов (м/с) |
| ракетный двигатель НК-33 | Вакуум | 331 | 3,240 |
| ракетный двигатель SSME | Спейс-шаттл вакуум | 453 | 4,423 |
| Ramjet | машина 1 | 800 | 7,877 |
| турбореактивный J-58 | SR-71 на машине 3.2 (мокрый) | 1,900 | 18,587 |
| Роллс-Ройс/Снекма Олимп 593 | Concorde Mach 2 круиз (Сухой) | 3,012 | 29,553 |
| турбонагнетатель CF6-80C2B1F | круиз Боинг 747-400 | 5,950 | 58,400 |
| Турбонагнетатель CF6 General Electric | уровень моря | 11,700 | 115,000 |
| Удельные импульсные и эффективные номера скорости выхлопа для нескольких более крупных ракетных двигателей. | |||
Единицы
| Удельный Импульс | Удельный импульс | Эффективная скорость отработавших газов | Удельный расход топлива | |
| SI | =X секунд | =9.8066 X N-s/kg | =9,8066 Х м/с | =(101,972/X) g/kN-s |
| английские подразделения | =X секунд | =X lbf-s/lb | =32.16 Х футов/с | =(3,600/X) фунт/фунт-ч |
| Устройства английского языка и SI (метрическая система) для различных измерений характеристик ракетных двигателей. | ||||
Самый распространенный способ измерения конкретного импульса сегодня использует секунды. Он используется как в мире SI (метрической системы), так и там, где используются английские единицы. Таким образом, единицы измерения идентичны везде. Это означает, что конкретный импульс можно использовать для сравнения работы двигателя в любой стране. Большинство компаний, производящих ракетные двигатели или реактивные двигатели, используют секунды для рекламы характеристик своего продукта.
Другой распространенный способ измерения удельного импульса - измерение в метрах в секунду (м/с), что также называется эффективной скоростью выхлопа. Для многих двигателей эффективная скорость отработавших газов отличается от скорости, с которой газы фактически выходят из сопла.
Связанные страницы
- Реактивный двигатель
- Импульс (физика) - изменение импульса.
Вопросы и ответы
В: Что такое специфический импульс?
О: Удельный импульс (часто сокращенно Isp) - это способ описать, насколько хорошо работает ракета или реактивный двигатель. Его можно использовать для сравнения ракет разных размеров и измерения силы, которую двигатель создает на каждый бит топлива.
В: Как измеряется удельный импульс?
О: Удельный импульс измеряется путем определения количества топлива в двигателе и расчета силы, которую он производит на это количество топлива.
В: Что означает высокий удельный импульс?
О: Высокий удельный импульс означает, что ракете требуется меньше топлива, чтобы работать так же хорошо, поэтому она использует топливо более эффективно, чем ракета с более низким удельным импульсом.
В: Как мы можем использовать удельный импульс для сравнения двигателей?
О: Удельный импульс можно использовать так же, как мили на галлон или литры на 100 километров, используемые для сравнения автомобилей, что позволяет нам сравнивать ракетные или реактивные двигатели на основе их эффективности.
В: Означает ли наличие более высокого удельного импульса, что двигатель "мощнее"?
О: Нет, более высокий удельный импульс не обязательно означает, что двигатель "мощнее". На самом деле, конструкции двигателей с самым высоким удельным импульсом обычно являются самыми слабыми с точки зрения мощности разгона.
В: Как две ракеты с разными двигателями, но одинаковым количеством топлива могут соревноваться друг с другом?
О: В гонке между двумя ракетами с одинаковым количеством топлива и двумя разными двигателями, ракета с более мощным двигателем рано выйдет вперед, но когда она сожжет все свое топливо, у ракеты с более высоким удельным импульсом еще останется немного топлива, и она продолжит ускоряться, пока в конце концов не обгонит своего собрата, если расстояние будет достаточным для того, чтобы использовать свое долгосрочное преимущество.
