Specialus impulsas (SP) – tai matas, rodantis, kaip efektyviai raketa arba variklis naudoja degalus. Pagal apibrėžimą tai yra bendras viršįtampis, gaunamas vienam sunaudotos galios vienetui, ir yra lygiavertis sukuriamai traukai, padalytai iš masės srauto. Jei kaip raketinio kuro vienetas naudojami kilogramai, specifinis impulsas matuojamas greičiu. Jei vietoj to naudojamas svoris niutonais arba svarų jėga, konkreti vertė išreiškiama laiku, dažniausiai sekundėmis.
Srauto greitį padauginus iš standartinės gravitacijos, GI paverčiama mase.
Ciolkovskio lygtis
Didesnės masės variklio specifinis impulsas yra efektyviau naudojamas priekinei traukai sukurti. O tuo atveju, kai naudojama raketa, degalų reikia mažiau. Tai jis reikalingas šiam delta-v. Pagal lygtįCiolkovskio, specifinio raketos variklio impulso variklis yra efektyvesnis lipant, nuvažiuojant atstumą ir greitį. Reaktyviuose modeliuose šis našumas yra mažiau svarbus. Kurie degimui naudoja sparnus ir lauko orą. Ir vežkite naudingą krovinį, kuris yra daug sunkesnis už degalus.
Specialus impulsas apima judesį, kurį sukuria degimui naudojamas išorinis oras, kurį išeikvoja panaudotas kuras. Reaktyviniai varikliai tam naudoja išorinę atmosferą. Ir todėl jie turi daug aukštesnę vartotojo sąsają nei raketų varikliai. Ši sąvoka sunaudotos degalų masės požiūriu turi atstumo matavimo vienetus per tam tikrą laiką. Kurios yra dirbtinės vertės, vadinamos „efektyviu išmetamųjų dujų greičiu“. Tai didesnis nei tikrasis išmetimo greitis. Kadangi neatsižvelgiama į degimui skirto oro masę. Faktinis ir efektyvus išmetamųjų dujų greitis yra toks pat raketų varikliams, kuriuose, pavyzdžiui, nenaudojamas oras ar vanduo.
Bendrosios pastabos
Degalų kiekis paprastai matuojamas masės vienetais. Jei jis naudojamas, tada specifinis impulsas yra impulsas vienam EM, kuris, kaip rodo dydžio analizė, turi greičio vienetus. Taigi vartotojo sąsaja dažnai matuojama metrais per sekundę. Ir dažnai vadinamas efektyviu išmetimo greičiu. Tačiau jei naudojama masė, specifinis kuro impulsas, padalytas iš jėgos, yra laiko vienetas. Taigi konkretūs stūmimai matuojami sekundėmis.
Būtent ši taisyklė yra pagrindinė šiuolaikiniame pasaulyje, plačiai taikomakoeficientas r0 (gravitacinio pagreičio Žemės paviršiuje konstanta).
Verta pažymėti, kad raketos impulso (įskaitant kurą) kitimo greitis per laiko vienetą yra lygus specifiniam traukos impulsui.
Specifiniai duomenys
Kuo didesnis stūmimas, tuo mažiau degalų reikia norint sukurti tam tikrą trauką tam tikrą laiką. Šiuo atžvilgiu skystis yra efektyvesnis, tuo didesnė jo vartotojo sąsaja. Tačiau to nereikėtų painioti su energijos vartojimo efektyvumu, kuris gali mažėti didėjant traukai, nes specifinis variklio impulsas, duodantis aukštus rezultatus, reikalauja daug energijos.
Be to, svarbu atskirti ir nepainioti traukos su konkrečiu stūmimu. UI sukuriama vienam sunaudoto kuro vienetui. O trauka yra momentinė arba didžiausia jėga, kurią sukuria tam tikras įrenginys. Daugeliu atvejų labai didelio specifinio impulso varymo sistemos – kai kurie jonų įrenginiai pasiekia 10 000 sekundžių – sukuria mažą trauką.
Skaičiuojant stūmimą, atsižvelgiama tik į degalus, kurie vežami su transporto priemone prieš naudojimą. Todėl raketų chemikui masė apims ir raketinį kurą, ir oksidatorių. Varikliams su oru, atsižvelgiama tik į skysčio kiekį, o ne į variklį praeinančio oro masę.
Atmosferos pasipriešinimas ir gamyklos nesugebėjimas išlaikyti didelio specifinio impulso esant dideliam degimo greičiui yra būtent priežastis, dėl kurios visas kuras sunaudojamas ne kuo greičiau.
Sunkesnisvariklis su geru MI gali būti ne toks efektyvus įkopiant, į atstumą ar greitį kaip lengvas prietaisas, kurio veikimas prastas
Jei ne oro pasipriešinimas ir sumažintos degalų sąnaudos skrydžio metu, MI būtų tiesioginis variklio efektyvumo matas paverčiant masę į priekinę varomąją jėgą.
Specialus impulsas sekundėmis
Dažniausias konkretaus stūmimo vienetas yra Hs. Tiek SI kontekste, tiek tais atvejais, kai naudojamos imperinės ar sutartinės vertės. Sekundžių pranašumas yra tas, kad matavimo vienetas ir skaitinė reikšmė yra vienodi visoms sistemoms ir iš esmės yra universalūs. Beveik visi gamintojai pateikia savo variklio našumą sekundėmis. O toks prietaisas taip pat naudingas nustatant orlaivio įrenginio specifiką.
Naudoti metrus per sekundę efektyviam išmetimo greičiui nustatyti taip pat gana įprasta. Šis blokas yra intuityvus aprašant raketų variklius, nors efektyvus prietaisų išmetimo greitis gali labai skirtis nuo tikrojo. Greičiausiai taip yra dėl to, kad įjungus turbosiurblį degalai ir oksidatorius buvo išpilti už borto. Oru kvėpuojantiems reaktyviniams varikliams efektyvus išmetamųjų dujų greitis neturi fizinės reikšmės. Nors jis gali būti naudojamas palyginimo tikslais.
Vienetai
Vertės, išreikštos Ns (kilogramais), nėra neįprastos ir skaitiniu požiūriu lygios efektyviam išmetamųjų dujų greičiui m/s (iš antrojo Niutono dėsnio ir joapibrėžimai).
Kitas lygiavertis vienetas yra specifinės degalų sąnaudos. Jis turi tokius matavimo vienetus kaip g (kN s) arba lb/val. Bet kuris iš šių vienetų yra atvirkščiai proporcingas specifiniam impulsui. Degalų sąnaudos plačiai naudojamos reaktyvinių variklių veikimui apibūdinti.
Bendra apibrėžtis
Visoms transporto priemonėms specifinį impulsą (stūmimą degalų masės vienetui Žemėje) sekundėmis galima nustatyti pagal šią lygtį.
Siekiant išsiaiškinti situaciją, svarbu paaiškinti, kad:
- F yra standartinė gravitacijos jėga, kuri nominaliai nurodoma kaip galia Žemės paviršiuje, m/s 2 (arba pėdų/s kvadratu).
- g yra masės srautas kg/s, kuris atrodo neigiamas atsižvelgiant į transporto priemonės masės kitimo greitį laikui bėgant (išstumiant degalus).
Matavimas
Anglų vienetas, svaras, naudojamas dažniau nei kiti vienetai. Taip pat taikant šią vertę per sekundę srauto greičiui, konvertuojant, konstanta r 0 tampa nereikalinga. Kai jis pagal matmenis tampa lygiavertis svarai, padalyti iš g 0.
I sp sekundėmis – tai laikas, per kurį įrenginys gali sukurti konkretų raketos variklio traukos impulsą, atsižvelgiant į raketinio kuro kiekį, kurio svoris lygus traukai.
Šios formuluotės pranašumas yra tas, kad ją galima naudotiraketoms, kur visa reakcijos masė gabenama į lėktuvą, taip pat orlaiviams, kur didžioji dalis reakcijos masės paimama iš atmosferos. Be to, gaunamas rezultatas, kuris nepriklauso nuo naudojamų vienetų.
Specialus impulsas kaip greitis (efektyvus išmetimo greitis)
Dėl lygties geocentrinio koeficiento g 0 daugelis nori apibrėžti raketos trauką (ypač) kaip trauką degalų srauto masės vienetui. Tai taip pat tinkamas (ir tam tikrais atžvilgiais šiek tiek paprastesnis) būdas nustatyti specifinį raketinio kuro impulso efektyvumą. Jei svarstysime kitus variantus, situacija beveik visur bus tokia pati. Tam tikro specifinio impulso raketos yra tiesiog efektyvus išmetimo greitis įrenginio atžvilgiu. Du tam tikro stūmimo atributai yra proporcingi vienas kitam ir yra susiję taip.
Norėdami naudoti formulę, turite suprasti, kad:
- I – konkretus impulsas sekundėmis.
- v – stūmimas, matuojamas m/s. Kuris yra lygus efektyviajam išmetamųjų dujų greičiui, išmatuotam m/s (arba pėdomis/s, priklausomai nuo g reikšmės).
- g yra gravitacijos standartas, 9,80665 m/s 2. Imperijos vienetuose 32,174 pėdos/s 2.
Ši lygtis taip pat taikoma reaktyviniams varikliams, tačiau praktikoje naudojama retai.
Atkreipkite dėmesį, kad kartais naudojami skirtingi simboliai. Pavyzdžiui, c taip pat atsižvelgiama į išmetimo greitį. Nors simbolissp gali būti logiškai naudojamas UI vienetais N s/kg. Kad būtų išvengta painiavos, pageidautina rezervuoti ją konkrečiai vertei, matuojamai sekundėmis prieš aprašo pradžią.
Tai yra susijusi su specifinio raketos variklio impulso, formulės, trauka arba judėjimo jėga.
Čia m yra masės degalų sąnaudos, tai yra transporto priemonės dydžio mažėjimo greitis.
Sumažinimas
Raketoje turi būti visas raketinis kuras. Todėl nesudegusio maisto masė turi būti greitinama kartu su pačiu prietaisu. Norint sukurti efektyvias raketas, labai svarbu sumažinti degalų kiekį, reikalingą tam tikrai traukai pasiekti.
Ciolkovskio specifinė impulsų formulė rodo, kad raketoje su tam tikra tuščia mase ir tam tikru degalų kiekiu bendras greičio pokytis gali būti pasiektas proporcingai efektyviam išmetamųjų dujų greičiui.
Erdvėlaivis be propelerio juda orbita, kurią lemia jo trajektorija ir bet koks gravitacinis laukas. Nukrypimai nuo atitinkamo greičio modelio (vadinamo Δv) pasiekiami stumiant išmetamųjų dujų masę priešinga norimam pokyčiui kryptimi.
Tikrasis greitis ir faktinis greitis
Čia verta paminėti, kad šios dvi sąvokos gali labai skirtis. Pavyzdžiui, kai raketa paleidžiama į atmosferą, oro slėgis variklio išorėje sukeliastabdymo jėga. Dėl to sumažėja specifinis impulsas ir efektyvus išmetimo greitis, o tikrasis greitis praktiškai nesikeičia. Be to, kartais raketų varikliai turi atskirą antgalį turbininėms dujoms. Apskaičiuojant efektyvų išmetamųjų dujų greitį, reikia apskaičiuoti dviejų masės srautų vidurkį, taip pat atsižvelgti į bet kokį atmosferos slėgį.
Padidinkite efektyvumą
Oru kvėpuojamų reaktyvinių variklių, ypač turboventiliatorių, tikrasis išmetamųjų dujų greitis ir efektyvusis greitis skiriasi keliomis eilėmis. Taip yra dėl to, kad naudojant orą kaip reakcijos masę, pasiekiamas didelis papildomas impulsas. Tai leidžia geriau suderinti oro greitį ir išmetimo greitį, o tai taupo energiją ir degalus. Ir žymiai padidina efektyvų komponentą ir sumažina tikrąjį greitį.
Energijos vartojimo efektyvumas
Raketoms ir į raketas panašiems varikliams, pvz., jonų modeliams, sp reiškia mažesnį energijos vartojimo efektyvumą.
Šioje formulėje v e yra tikrasis srovės greitis.
Todėl reikalinga jėga yra proporcinga kiekvienam išmetimo greičiui. Esant didesniam greičiui, norint pasiekti tą pačią trauką, reikia daug daugiau galios, todėl energijos vartojimo efektyvumas sumažėja vienu vienetu.
Tačiau bendra misijai skirta energija priklauso nuo bendro kuro sunaudojimo ir nuo to, kiek energijos reikia vienam vienetui. Mažam išmetimo greičiuiKalbant apie delta-v misiją, reikia daug reakcijos masės. Tiesą sakant, dėl šios priežasties labai mažas išmetimo greitis nėra efektyvus energijai. Tačiau paaiškėja, kad joks tipas neturi aukščiausių balų.
Kintamasis
Teoriškai, esant tam tikram delta-v erdvėje, tarp visų fiksuotų išmetamųjų dujų greičio verčių, ve=0,6275 yra efektyviausias energijai esant tam tikrai galutinei masei. Norėdami sužinoti daugiau, galite peržiūrėti energiją erdvėlaivio varomajame įrenginyje.
Tačiau kintamos išmetimo normos gali būti dar efektyvesnės. Pavyzdžiui, jei raketa pagreitinama tam tikru teigiamu pradiniu greičiu, naudojant išmetamųjų dujų greitį, kuris yra lygus produkto greičiui, energija, kaip kinetinė reakcijos masės sudedamoji dalis, neprarandama. Kai jis sustoja.
