Impulsi specifik (SP) është një masë se sa me efikasitet një raketë ose motor përdor karburantin. Sipas përkufizimit, kjo është rritja totale e dhënë për njësi të fuqisë së konsumuar dhe është ekuivalente në madhësi me shtytjen e gjeneruar të ndarë me rrjedhën në masë. Nëse kilogramët përdoren si njësi e shtytësit, atëherë impulsi specifik matet në terma të shpejtësisë. Nëse në vend të kësaj përdoret një peshë në njuton ose paund, atëherë vlera specifike shprehet në terma të kohës, më së shpeshti në sekonda.
Shumëzimi i shpejtësisë së rrjedhës me gravitetin standard e konverton GI në masë.
ekuacioni i Tsiolkovsky
Impulsi specifik i një motori me masë më të lartë përdoret në mënyrë më efikase për të gjeneruar shtytje përpara. Dhe në rastin kur përdoret një raketë, kërkohet më pak karburant. Është ai që nevojitet për këtë delta-v. Sipas ekuacionitTsiolkovsky, në impulsin specifik të një motori rakete, motori është më efikas në ngjitje, distancë dhe shpejtësi. Kjo performancë është më pak e rëndësishme në modelet reaktive. Të cilat përdorin krahë dhe ajër të jashtëm për djegie. Dhe mbani një ngarkesë që është shumë më e rëndë se karburanti.
Impulsi specifik përfshin lëvizjen e krijuar nga ajri i jashtëm i përdorur për djegie dhe i varfëruar nga karburanti i shpenzuar. Motorët reaktiv përdorin atmosferën e jashtme për këtë. Dhe për këtë arsye ata kanë një ndërfaqe shumë më të lartë se motorët e raketave. Ky koncept, nga pikëpamja e masës së konsumuar të karburantit, ka njësi matëse të distancës në kohë. Të cilat janë një vlerë artificiale e quajtur "shpejtësi efektive e gazit të shkarkimit". Kjo është më e lartë se shpejtësia aktuale e shkarkimit. Sepse masa e ajrit për djegie nuk merret parasysh. Shpejtësia aktuale dhe efektive e shkarkimit janë të njëjta në motorët e raketave që nuk përdorin ajër ose ujë për shembull.
Konsiderata të përgjithshme
Sasia e karburantit zakonisht matet në njësi të masës. Nëse përdoret, atëherë impulsi specifik është impulsi për EM, i cili, siç tregohet nga analiza e madhësisë, ka njësi të shpejtësisë. Dhe kështu UI matet shpesh në metra për sekondë. Dhe shpesh referohet si shpejtësia efektive e shkarkimit. Sidoqoftë, nëse përdoret masa, impulsi specifik i karburantit i ndarë me forcën rezulton të jetë një njësi e kohës. Dhe kështu shtytjet specifike maten në sekonda.
Është ky rregull që është kryesori në botën moderne, i përdorur gjerësisht me tëkoeficienti r0 (konstante e nxitimit gravitacional në sipërfaqen e Tokës).
Vlen të përmendet se shkalla e ndryshimit të impulsit të raketës (duke përfshirë karburantin e saj) për njësi të kohës është e barabartë me impulsin specifik të shtytjes.
Specifikat
Sa më e lartë të jetë shtytja, aq më pak karburant kërkohet për të gjeneruar një shtytje të caktuar për një kohë të caktuar. Në këtë drejtim, lëngu është më efektiv, aq më i madh është UI i tij. Megjithatë, kjo nuk duhet të ngatërrohet me efiçencën e energjisë, e cila mund të ulet me rritjen e shtytjes, pasi impulsi specifik i motorit, i cili jep rezultate të larta, kërkon shumë energji për ta bërë këtë.
Gjithashtu, është e rëndësishme të dalloni dhe të mos ngatërroni një tërheqje me një shtytje specifike. UI krijohet për njësi të karburantit të konsumuar. Dhe shtytja është forca e menjëhershme ose maksimale që gjenerohet nga një pajisje e veçantë. Në shumë raste, sistemet shtytëse me impuls specifik shumë të lartë - disa instalime jonike arrijnë 10,000 sekonda - prodhojnë shtytje të ulët.
Gjatë llogaritjes së shtytjes, merret parasysh vetëm karburanti që bartet me automjetin përpara përdorimit. Prandaj, për një kimist rakete, masa do të përfshijë si shtytësin ashtu edhe oksiduesin. Për motorët me frymëmarrje, merret parasysh vetëm sasia e lëngut, jo masa e ajrit që kalon nëpër motor.
Zvarritja atmosferike dhe paaftësia e uzinës për të mbajtur impuls të lartë specifik me ritme të larta djegieje është pikërisht arsyeja pse i gjithë karburanti nuk përdoret sa më shpejt që të jetë e mundur.
Më e rëndënjë motor me MI të mirë mund të mos jetë aq efektiv në ngjitje, distancë ose shpejtësi sa një instrument i lehtë me performancë të dobët
Nëse nuk do të ishte për rezistencën e ajrit dhe konsumin e reduktuar të karburantit gjatë fluturimit, MI do të ishte një masë e drejtpërdrejtë e efikasitetit të një motori në shndërrimin e masës në shtytje përpara.
Impuls specifik në sekonda
Njësia më e zakonshme për një shtytje të veçantë është Hs. Si në kontekstin e SI, ashtu edhe në rastet kur përdoren vlera perandorake ose konvencionale. Avantazhi i sekondave është se njësia matëse dhe vlera numerike janë të njëjta për të gjitha sistemet dhe në thelb janë universale. Pothuajse të gjithë prodhuesit rendisin performancën e motorit të tyre në sekonda. Dhe një pajisje e tillë është gjithashtu e dobishme për përcaktimin e specifikave të një pajisjeje avioni.
Përdorimi i metrave në sekondë për të gjetur shpejtësinë efektive të shkarkimit është gjithashtu mjaft i zakonshëm. Ky bllok është intuitiv kur përshkruan motorët e raketave, megjithëse shpejtësia efektive e shkarkimit të pajisjeve mund të ndryshojë ndjeshëm nga ajo aktuale. Kjo ka shumë të ngjarë për shkak të karburantit dhe oksiduesit që hidhen në bord pasi turbopompat janë ndezur. Për motorët reaktivë që marrin frymë ajri, shpejtësia efektive e shkarkimit nuk ka asnjë kuptim fizik. Edhe pse mund të përdoret për qëllime krahasimi.
Njësitë
Vlerat e shprehura në Ns (në kilogramë) nuk janë të rralla dhe numerikisht të barabarta me shpejtësinë efektive të shkarkimit në m/s (nga ligji i dytë i Njutonit dhe i tijpërkufizimet).
Një njësi tjetër ekuivalente është konsumi specifik i karburantit. Ka njësi matëse si g (kN s) ose lb/hr. Secila prej këtyre njësive është në përpjesëtim të zhdrejtë me impulsin specifik. Dhe konsumi i karburantit përdoret gjerësisht për të përshkruar performancën e motorëve reaktiv.
Përkufizim i përgjithshëm
Për të gjitha automjetet, impulsi specifik (shtytja për njësi të peshës së karburantit në Tokë) në sekonda mund të përcaktohet nga ekuacioni i mëposhtëm.
Për të sqaruar situatën, është e rëndësishme të sqaroni se:
- F është forca standarde e gravitetit, e cila nominalisht shprehet si fuqia në sipërfaqen e Tokës, në m/s 2 (ose ft/s në katror).
- g është shkalla e rrjedhës së masës në kg/s, e cila shfaqet negative në lidhje me shkallën e ndryshimit të masës së automjetit me kalimin e kohës (ndërsa karburanti shtyhet jashtë).
Matje
Njësia angleze, paundi, përdoret më shpesh se njësitë e tjera. Dhe gjithashtu kur aplikoni këtë vlerë për sekondë për shpejtësinë e rrjedhës, gjatë konvertimit, konstantja r 0 bëhet e panevojshme. Ndërsa bëhet dimensionalisht ekuivalent me paund pjesëtuar me g 0.
I sp në sekonda është koha për të cilën pajisja mund të gjenerojë një impuls specifik të shtytjes së një motori rakete, duke pasur parasysh një sasi të shtytësit, pesha e të cilit është e barabartë me shtytje.
Përparësia e këtij formulimi është se mund të përdoret për tëraketa, ku transportohet e gjithë masa e reaksionit në bord, si dhe për avionët, ku pjesa më e madhe e masës së reagimit merret nga atmosfera. Gjithashtu, jep një rezultat që është i pavarur nga njësitë e përdorura.
Impuls specifik si shpejtësi (shpejtësia efektive e shkarkimit)
Për shkak të faktorit gjeocentrik g 0 në ekuacion, shumë preferojnë të përcaktojnë shtytjen e raketës (në veçanti) në termat e shtytjes për njësi masë të rrjedhës së karburantit. Kjo është një mënyrë po aq e vlefshme (dhe në disa mënyra disi më e thjeshtë) për të përcaktuar efikasitetin specifik të impulsit të një shtytës. Nëse marrim parasysh opsionet e tjera, situata do të jetë pothuajse kudo e njëjtë. Raketat e një impulsi të caktuar specifik janë thjesht shpejtësia efektive e shkarkimit në lidhje me pajisjen. Dy atributet e një shtytje të veçantë janë proporcionale me njëra-tjetrën dhe lidhen si më poshtë.
Për të përdorur formulën, duhet të kuptoni se:
- I - impuls specifik në sekonda.
- v - shtytje, e matur në m/s. E cila është e barabartë me shpejtësinë efektive të shkarkimit, e matur në m/s (ose ft/s, në varësi të vlerës së g).
- g është standardi i gravitetit, 9,80665 m/s 2. Në njësitë perandorake 32,174 ft/s 2.
Ky ekuacion vlen edhe për motorët jet, por përdoret rrallë në praktikë.
Vini re se ndonjëherë përdoren karaktere të ndryshme. Për shembull, c konsiderohet gjithashtu për shpejtësinë e shkarkimit. Ndërsa simbolisp mund të përdoret logjikisht për UI në njësi prej N s/kg. Për të shmangur konfuzionin, është e dëshirueshme ta rezervoni atë për një vlerë specifike, të matur në sekonda përpara fillimit të përshkrimit.
Kjo lidhet me shtytjen ose forcën e lëvizjes së impulsit specifik të motorit të raketës, formula.
Këtu m është konsumi masiv i karburantit, që është shkalla e uljes së madhësisë së automjetit.
Minimizimi
Raketa duhet të mbajë të gjithë shtytësin e saj. Prandaj, masa e ushqimit të padjegur duhet të përshpejtohet së bashku me vetë pajisjen. Minimizimi i sasisë së karburantit të nevojshëm për të arritur një shtytje të caktuar është kritike për ndërtimin e raketave efikase.
Formula specifike e impulsit të Tsiolkovsky tregon se për një raketë me një masë të caktuar boshe dhe një sasi të caktuar karburanti, ndryshimi total në shpejtësi mund të arrihet në proporcion me shpejtësinë efektive të shkarkimit.
Një anije kozmike pa helikë lëviz në një orbitë të përcaktuar nga trajektorja e saj dhe çdo fushë gravitacionale. Devijimet nga modeli përkatës i shpejtësisë (i quajtur Δv) arrihen duke shtyrë masën e gazit të shkarkimit në drejtim të kundërt të ndryshimit të dëshiruar.
Shpejtësia aktuale kundrejt shpejtësisë efektive
Këtu vlen të përmendet se këto dy koncepte mund të ndryshojnë ndjeshëm. Për shembull, kur një raketë lëshohet në atmosferë, presioni i ajrit jashtë motorit shkaktonforca e frenimit. E cila redukton impulsin specifik dhe shpejtësia efektive e shkarkimit zvogëlohet, ndërsa shpejtësia aktuale mbetet praktikisht e pandryshuar. Për më tepër, ndonjëherë motorët e raketave kanë një hundë të veçantë për gazin e turbinës. Llogaritja e shpejtësisë efektive të shkarkimit kërkon më pas mesataren e dy rrjedhave të masës si dhe marrjen parasysh të çdo presioni atmosferik.
Rritja e efikasitetit
Për motorët reaktivë me frymëmarrje ajri, veçanërisht turbofanët, shpejtësia aktuale e shkarkimit dhe shpejtësia efektive ndryshojnë me disa renditje të madhësisë. Kjo për faktin se kur përdoret ajri si masë e reagimit, arrihet një moment i rëndësishëm shtesë. Kjo lejon një përputhje më të mirë midis shpejtësisë së ajrit dhe shpejtësisë së shkarkimit, gjë që kursen energji dhe karburant. Dhe rrit ndjeshëm komponentin efektiv duke reduktuar shpejtësinë aktuale.
Efiçenca e Energjisë
Për raketa dhe motorë të ngjashëm me raketat, si p.sh. modelet jonike, sp nënkupton efikasitet më të ulët të energjisë.
Në këtë formulë, v e është shpejtësia aktuale e avionit.
Prandaj forca e kërkuar është proporcionale me çdo shpejtësi të shkarkimit. Në shpejtësi më të larta, kërkohet shumë më tepër fuqi për të njëjtën shtytje, duke rezultuar në më pak efikasitet energjie me një njësi.
Megjithatë, energjia totale për një mision varet nga përdorimi total i karburantit, si dhe nga sa energji kërkohet për njësi. Për shpejtësi të ulët të shkarkimitNë lidhje me misionin delta-v, nevojiten sasi të mëdha të masës së reagimit. Në fakt, për këtë arsye, një shpejtësi shumë e ulët e shkarkimit nuk është efikase në energji. Por rezulton se asnjë lloj nuk ka pikët më të larta.
Ndryshore
Teorikisht, për një delta-v të caktuar, në hapësirë, midis të gjitha vlerave fikse të shpejtësisë së shkarkimit, ve=0,6275 është energjia më efikase për një masë përfundimtare të caktuar. Për të mësuar më shumë, mund të shikoni energjinë në aparatin shtytës të anijes kozmike.
Megjithatë, normat e ndryshueshme të shkarkimit mund të jenë edhe më efikase në energji. Për shembull, nëse një raketë përshpejtohet me një shpejtësi fillestare pozitive duke përdorur një shpejtësi shkarkimi që është e barabartë me shpejtësinë e produktit, asnjë energji nuk humbet si një përbërës kinetik i masës së reaksionit. Ndërsa bëhet i palëvizshëm.
