Spesifieke Impuls (SP) is 'n maatstaf van hoe doeltreffend 'n vuurpyl of enjin brandstof gebruik. Per definisie is dit die totale oplewing gelewer per eenheid krag verbruik en is gelykstaande in grootte aan die stukrag wat gegenereer word gedeel deur die massavloei. As kilogram as die eenheid van dryfmiddel gebruik word, word spesifieke impuls gemeet in terme van snelheid. As 'n gewig in newton of pond-krag eerder gebruik word, word die spesifieke waarde uitgedruk in terme van tyd, meestal in sekondes.
Vermenigvuldiging van die vloeisnelheid met die standaard swaartekrag verander die GI na massa.
Tsiolkovsky-vergelyking
Die spesifieke impuls van 'n hoër massa-enjin word meer doeltreffend gebruik om vorentoe stukrag te genereer. En in die geval wanneer 'n vuurpyl gebruik word, is minder brandstof nodig. Dit is hy wat nodig is vir hierdie delta-v. Volgens die vergelykingTsiolkovsky, in die spesifieke impuls van 'n vuurpylmotor is die motor doeltreffender in klim, afstand en spoed. Hierdie prestasie is minder belangrik in reaktiewe modelle. Wat vlerke en buitelug vir verbranding gebruik. En dra 'n loonvrag wat baie swaarder as brandstof is.
Spesifieke impuls sluit in beweging wat gegenereer word deur buitelug wat vir verbranding gebruik word en wat deur gebruikte brandstof uitgeput is. Straalenjins gebruik die buite-atmosfeer hiervoor. En daarom het hulle 'n baie hoër UI as vuurpylmotors. Hierdie konsep, uit die oogpunt van die verbruikte massa brandstof, het eenhede van meting van afstand oor tyd. Wat is 'n kunsmatige waarde genoem "effektiewe uitlaatgas snelheid". Dit is hoër as die werklike uitlaatsnelheid. Omdat die massa lug vir verbranding nie in ag geneem word nie. Werklike en effektiewe uitlaatsnelheid is dieselfde in vuurpylenjins wat byvoorbeeld nie lug of water gebruik nie.
Algemene oorwegings
Die hoeveelheid brandstof word gewoonlik in massa-eenhede gemeet. As dit gebruik word, dan is die spesifieke impuls die impuls per EM, wat, soos aangetoon deur die grootte-analise, snelheidseenhede het. En dus word UI dikwels in meter per sekonde gemeet. En dikwels na verwys as die effektiewe spoed van die uitlaat. As massa egter gebruik word, blyk die spesifieke impuls van die brandstof gedeel deur die krag 'n eenheid van tyd te wees. En dus word spesifieke stoot in sekondes gemeet.
Dit is hierdie reël wat die belangrikste een in die moderne wêreld is, wat wyd gebruik word metkoëffisiënt r0 (konstante van gravitasieversnelling op die aarde se oppervlak).
Dit is opmerklik dat die tempo van verandering van die vuurpyl se impuls (insluitend sy brandstof) per tydseenheid gelyk is aan die spesifieke stootimpuls.
Spesifieke
Hoe hoër die druk, hoe minder brandstof word benodig om 'n gegewe stoot vir 'n sekere tyd te genereer. In hierdie verband is die vloeistof doeltreffender, hoe groter die UI. Dit moet egter nie verwar word met energiedoeltreffendheid nie, wat kan afneem met toenemende stukrag, aangesien die spesifieke impuls van die enjin, wat hoë resultate gee, baie energie verg om dit te doen.
Dit is ook belangrik om te onderskei en nie 'n trek met 'n spesifieke druk te verwar nie. UI word geskep per eenheid brandstof verbruik. En stukrag is die oombliklike of piekkrag wat deur 'n spesifieke toestel gegenereer word. In baie gevalle produseer baie hoë spesifieke impulsaandrywingstelsels - sommige iooninstallasies bereik 10 000 sekondes - lae stukrag.
Wanneer die stoot bereken word, word slegs die brandstof wat saam met die voertuig gedra word voor gebruik in ag geneem. Daarom, vir 'n vuurpylchemikus, sal die massa beide die dryfmiddel en die oksideermiddel insluit. Vir lugasemhalingsenjins word slegs die hoeveelheid vloeistof in ag geneem, nie die massa lug wat deur die enjin gaan nie.
Atmosferiese sleur en die aanleg se onvermoë om hoë spesifieke impuls teen hoë brandtempo's te handhaaf, is juis die rede hoekom al die brandstof nie so vinnig moontlik gebruik word nie.
Swaarder'n motor met goeie MI is dalk nie so effektief in klim, afstand of spoed soos 'n ligte instrument met swak werkverrigting nie
As dit nie vir lugweerstand en verminderde brandstofverbruik tydens vlug was nie, sou MI 'n direkte maatstaf wees van 'n enjin se doeltreffendheid in die omskakeling van massa in voorwaartse aandrywing.
Spesifieke impuls in sekondes
Die mees algemene eenheid vir 'n spesifieke druk is Hs. Beide in die konteks van die SI en in gevalle waar imperiale of konvensionele waardes gebruik word. Die voordeel van sekondes is dat die maateenheid en numeriese waarde vir alle stelsels dieselfde is en in wese universeel is. Byna alle vervaardigers lys hul enjinverrigting in sekondes. En so 'n toestel is ook nuttig om die besonderhede van 'n vliegtuigtoestel te bepaal.
Die gebruik van meter per sekonde om die effektiewe uitlaatsnelheid te vind, is ook redelik algemeen. Hierdie blok is intuïtief wanneer vuurpylenjins beskryf word, hoewel die effektiewe uitlaatsnelheid van die toestelle aansienlik van die werklike een kan verskil. Dit is heel waarskynlik te wyte aan die brandstof en oksideermiddel wat oorboord gestort word nadat die turbopompe aangeskakel is. Vir lugasemhalingsstraalenjins het die effektiewe uitlaatsnelheid geen fisiese betekenis nie. Alhoewel dit vir vergelykingsdoeleindes gebruik kan word.
Units
Waardes uitgedruk in Ns (in kilogram) is nie ongewoon nie en numeries gelyk aan die effektiewe uitlaatsnelheid in m/s (van Newton se tweede wet en sydefinisies).
Nog 'n ekwivalente eenheid is spesifieke brandstofverbruik. Dit het maateenhede soos g (kN s) of lb/hr. Enige van hierdie eenhede is omgekeerd eweredig aan spesifieke impuls. En brandstofverbruik word wyd gebruik om die werkverrigting van straalenjins te beskryf.
Algemene definisie
Vir alle voertuie kan die spesifieke impuls (stoot per eenheid gewig brandstof op Aarde) in sekondes deur die volgende vergelyking bepaal word.
Om die situasie duidelik te maak, is dit belangrik om te verduidelik dat:
- F is die standaard swaartekrag, wat nominaal aangegee word as die krag op die Aarde se oppervlak, in m/s 2 (of ft/s kwadraat).
- g is die massavloeitempo in kg/s, wat negatief voorkom met betrekking tot die tempo van verandering van die voertuig se massa oor tyd (soos brandstof uitgestoot word).
Meeting
Die Engelse eenheid, die pond, word meer algemeen as ander eenhede gebruik. En ook wanneer hierdie waarde per sekonde vir die vloeitempo toegepas word, by omskakeling, word die konstante r 0 onnodig. Soos dit dimensioneel ekwivalent word aan pond gedeel deur g 0.
I sp in sekondes is die tyd waarvoor die toestel 'n spesifieke stootimpuls van 'n vuurpylenjin kan genereer, gegewe 'n hoeveelheid dryfmiddel wie se gewig gelyk is aan stootkrag.
Die voordeel van hierdie bewoording is dat dit gebruik kan wordvuurpyle, waar die hele reaksiemassa aan boord vervoer word, asook vir vliegtuie, waar die meeste van die reaksiemassa uit die atmosfeer geneem word. Dit gee ook 'n resultaat wat onafhanklik is van die eenhede wat gebruik word.
Spesifieke impuls as snelheid (effektiewe uitlaatsnelheid)
As gevolg van die geosentriese faktor g 0 in die vergelyking, verkies baie om vuurpylstoot (veral) in terme van stoot per eenheid massa brandstofvloei te definieer. Dit is 'n ewe geldige (en in sommige opsigte ietwat eenvoudiger) manier om die spesifieke impulsdoeltreffendheid van 'n dryfmiddel te bepaal. As ons ander opsies oorweeg, sal die situasie byna oral dieselfde wees. Vuurpyle van 'n sekere spesifieke impuls is bloot die effektiewe uitlaatsnelheid relatief tot die toestel. Die twee eienskappe van 'n bepaalde stoot is eweredig aan mekaar en is soos volg verwant.
Om die formule te gebruik, moet jy verstaan dat:
- I - spesifieke impuls in sekondes.
- v - druk, gemeet in m/s. Wat gelyk is aan die effektiewe uitlaatsnelheid, gemeet in m/s (of ft/s, afhangende van die waarde van g).
- g is die standaard van swaartekrag, 9,80665 m/s 2. In keiserlike eenhede 32,174 vt/s 2.
Hierdie vergelyking is ook van toepassing op straalmotors, maar word selde in die praktyk gebruik.
Let daarop dat soms verskillende karakters gebruik word. Byvoorbeeld, c word ook oorweeg vir uitlaatsnelheid. Terwyl die simboolsp kan logies gebruik word vir UI in eenhede van N s/kg. Om verwarring te voorkom, is dit wenslik om dit te reserveer vir 'n spesifieke waarde, gemeet in sekondes voor die begin van die beskrywing.
Dit hou verband met die stukrag of die bewegingskrag van die spesifieke impuls van die vuurpylenjin, die formule.
Hier is m die massa brandstofverbruik, wat die tempo van afname in die grootte van die voertuig is.
Minimisering
Die vuurpyl moet al sy dryfmiddel dra. Daarom moet die massa onverbrande kos saam met die toestel self versnel word. Die minimalisering van die hoeveelheid brandstof wat nodig is om 'n gegewe stukrag te bereik, is van kritieke belang vir die bou van doeltreffende vuurpyle.
Tsiolkovsky se spesifieke impulsformule wys dat vir 'n vuurpyl met 'n gegewe leë massa en 'n sekere hoeveelheid brandstof, die totale verandering in snelheid in verhouding tot die effektiewe spoed van die uitlaat bereik kan word.
'n Ruimtetuig sonder 'n skroef beweeg in 'n wentelbaan wat bepaal word deur sy trajek en enige gravitasieveld. Afwykings van die ooreenstemmende snelheidspatroon (genoem Δv) word verkry deur die uitlaatgasmassa in die teenoorgestelde rigting van die verlangde verandering te druk.
Werklike spoed teenoor effektiewe spoed
Hier is dit opmerklik dat hierdie twee konsepte aansienlik kan verskil. Byvoorbeeld, wanneer 'n vuurpyl in die atmosfeer gelanseer word, veroorsaak die lugdruk buite die enjinremkrag. Wat die spesifieke impuls verminder en die effektiewe uitlaatsnelheid word verminder, terwyl die werklike vinnigheid feitlik onveranderd bly. Daarbenewens het vuurpylenjins soms 'n aparte mondstuk vir turbinegas. Die berekening van die effektiewe uitlaatsnelheid vereis dan die gemiddeld van die twee massavloei sowel as die inagneming van enige atmosferiese druk.
Verhoog doeltreffendheid
Vir luggeasemde straalenjins, veral turbowaaiers, verskil die werklike uitlaatspoed en effektiewe spoed met verskeie grootteordes. Dit is te wyte aan die feit dat wanneer lug as die reaksiemassa gebruik word, 'n aansienlike bykomende momentum verkry word. Dit maak voorsiening vir 'n beter passing tussen lugspoed en uitlaatsnelheid, wat energie en brandstof bespaar. En verhoog die effektiewe komponent aansienlik, terwyl die werklike vinnigheid verminder word.
Energiedoeltreffendheid
Vir vuurpyle en vuurpylagtige enjins soos ioonmodelle, impliseer sp laer energiedoeltreffendheid.
In hierdie formule is v e die werklike straalsnelheid.
Daarom is die vereiste krag eweredig aan elke uitlaatsnelheid. By hoër spoed word baie meer krag benodig vir dieselfde stukrag, wat lei tot minder energiedoeltreffendheid met een eenheid.
Die totale energie vir 'n missie hang egter af van die totale brandstofverbruik sowel as hoeveel energie per eenheid benodig word. Vir lae uitlaatspoedmet betrekking tot die delta-v-sending is groot hoeveelhede reaksiemassa nodig. Trouens, om hierdie rede is 'n baie lae uitlaatsnelheid nie energiedoeltreffend nie. Maar dit blyk dat geen tipe die hoogste tellings het nie.
Veranderlike
Teoreties, vir 'n gegewe delta-v, in die ruimte, onder alle vaste uitlaatsnelheidwaardes, is ve=0.6275 die mees energiedoeltreffende vir 'n gegewe finale massa. Om meer te wete te kom, kan jy die energie in die aandrywingsapparaat van die ruimtetuig bekyk.
Veranderlike uitlaattempo's kan egter selfs meer energiedoeltreffend wees. Byvoorbeeld, as 'n vuurpyl teen 'n positiewe beginsnelheid versnel word deur 'n uitlaatsnelheid te gebruik wat gelyk is aan die produksnelheid, gaan geen energie verlore as 'n kinetiese komponent van die reaksiemassa nie. Soos dit stilstaan.
