Īpatnējais impulss
Īpatnējais impulss (bieži saīsināts līdz Isp ) ir veids, kā aprakstīt, cik labi raķete darbojas. To izmanto arī, lai aprakstītu reaktīvā dzinēja veiktspēju. To var izmantot, lai salīdzinātu dažādu izmēru raķetes. Tas ir veids, kā noskaidrot, cik lielu spēku attiecīgais dzinējs rada ar katru degvielas devu. Lai to izdarītu, ir jāzina, cik daudz degvielas ir dzinējā. Augsts īpatnējais impulss nozīmē, ka raķetei nepieciešams mazāk degvielas, lai tā darbotos tikpat labi. Ja īpatnējais impulss ir mazāks, tas nozīmē, ka raķetei ir nepieciešams vairāk degvielas, lai tā darbotos tikpat labi.
Īpatnējais impulss ir noderīga vērtība, lai salīdzinātu raķešu vai reaktīvos dzinējus. To izmanto līdzīgi kā automobiļu salīdzināšanai izmanto jūdzes uz galonu vai litrus uz 100 kilometriem. Dzinējs ar lielāku īpatnējo impulsu labāk izmanto degvielu. Tas nozīmē, ka tas pats degvielas daudzums ļauj raķetei lidot ātrāk pēc tam, kad visa degviela ir iztērēta.
Ja raķešu dzinējam ir lielāks īpatnējais impulss, tas nenozīmē, ka tas ir "jaudīgāks". Tas nozīmē, ka tas neveicinās raķetes lielāku paātrinājumu. Patiesībā dzinēju konstrukcijas ar visaugstāko īpatnējo impulsu, piemēram, jonu dzinēji, ir "vājākās" no visu veidu dzinējiem. Tie raķeti paātrina lēni, bet vienmērīgi ilgu laiku, izmantojot tikai niecīgu degvielas daudzumu. Sacensībās starp divām raķetēm ar vienādu degvielas daudzumu un diviem dažādiem dzinējiem tā, kurai ir jaudīgāks dzinējs, sākumā izvirzīsies vadībā, bet, kad tā sadedzinās visu degvielu, raķetei ar augstāku īpatnējo impulsu vēl būs palicis nedaudz degvielas un tā turpinās paātrināties. Galu galā tā apsteigs savu kolēģi un uzvarēs sacensībās, ja attālums būs pietiekami liels, lai tā varētu izmantot savas ilgtermiņa priekšrocības.
Attēls, kas parāda Estes A10-PT raķešu dzinēja radīto spēku aptuveni 1 sekundes laikā. Ir arī informācija par impulsu, degvielas daudzumu un īpatnējo impulsu.
Mērījumi
Ir divi veidi, kā cilvēki atrod konkrēta impulsa numuru. Lai noteiktu īpatnējo impulsu, impulsu dala ar degvielas daudzumu. Impulss ir mērvienība, kas nosaka, cik lielu spēku rada raķetes motors un cik ilgi tas darbojas. Dažkārt dzinējam, kas ilgstoši rada mazu spēku, var būt lielāks impulss nekā dzinējam, kas īslaicīgi rada lielu spēku. Impulsu mēra ņūtonos reiz sekundēs (N*s).
Lai noteiktu īpatnējo impulsu, izmantotās degvielas daudzumu var izmērīt dažādos veidos. Dažreiz to mēra masā, dažreiz - svarā. Ja degvielas daudzumu mēra masā, īpatnējo impulsu izsaka kā ātrumu. Parasti to mēra metros sekundē. Ja īpatnējo impulsu mēra kā ātrumu, tam ir cits nosaukums. To sauc arī par efektīvo izplūdes ātrumu. Otrs veids, kā izmērīt degvielas daudzumu, ir masa. Ja izmanto svaru, īpatnējais impulss ir izteikts laika vienībās, parasti sekundēs. Abi šie veidi ir izplatīti. Ar abiem tiek salīdzināta dzinēju veiktspēja.
Ja īpatnējais impulss ir lielāks, ir nepieciešams mazāk degvielas, lai raķete sasniegtu noteiktu līmeni. Tātad degviela ir efektīvāka, ja īpatnējais impulss ir lielāks.
Uzmanieties nejaukt vilkmi un īpašo impulsu. Vilkme ir tikai spēks, ko raķete rada vienā laika brīdī. Īpatnējais impulss ir spēka mērvienība, pamatojoties uz degvielas daudzumu.
Kad cilvēki atrod specifisko impulsu, vienīgā degviela, kas tiek skaitīta, ir raķetē, pirms tā tiek palaista. Tas ietver degvielu un oksidētāju (degvielas daļu, kas palīdz degt degvielai). Oksidētājs dažreiz ir skābeklis, bet bieži vien kaut kas cits (sk. Raķešu dzinējs#šķidrumi, cietvielas un hibrīdi).
Piemēri
| Dažādu raķetes stumšanas veidu īpatnējais impulss | |||
| Dzinējs | Efektīvais izplūdes gāzu ātrums | Īpašais impulss | Enerģija uz kg izplūdes gāzu |
| Turboventilatora reaktīvais dzinējs | 29,000 | 3,000 | ~0.05 |
| Cietās degvielas raķete | 2,500 | 250 | 3 |
| Šķidrās degvielas raķete | 4,400 | 450 | 9.7 |
| Jonu dzineklis | 29,000 | 3,000 | 430 |
| Divpakāpju četru režģu elektrostatiskais jonu dzineklis | 210,000 | 21,400 | 22,500 |
| VASIMR | 30,000-120,000 | 3,000-12,000 | 1,400 |
Reaktīvie (lidmašīnu) dzinēji izmanto degvielu labāk nekā raķešu dzinēji. Tas ir tāpēc, ka gāzes neizplūst tik ātri. Tā kā tās neizplūst tik ātri, izplūdes gāzes neizvada tik daudz enerģijas. Tas nozīmē, ka reaktīvais dzinējs patērē daudz mazāk enerģijas, lai virzītu reaktīvo dzinēju. Tas ir arī tāpēc, ka gaiss, kas izplūst caur dzinēju, reaktīvajam dzinējam lidojot gaisā, palīdz degvielai sadegt ātrāk.
Raķešu modelēšana
Īpatnējo impulsu izmanto arī, lai aprakstītu, cik labi darbojas raķešu modeļu dzinēji. Tālāk tabulā ir norādītas dažas Estes norādītās īpatnējā impulsa vērtības vairākiem to raķešu dzinējiem: Estes Industries ir liels, labi zināms amerikāņu raķešu modeļu un raķešu detaļu pārdevējs. Raķešu modeļu dzinēju īpatnējais impulss ir daudz zemāks nekā daudziem citiem raķešu dzinējiem, jo kā degviela tiek izmantots melnais pulveris. Melno pulveri izmanto modeļu raķešu dzinējos, jo tas maksā lētāk.
| Dzinējs | Kopējais impulss (Ns) | Degvielas svars (N) | Īpatnējais impulss (s) |
| Estes A10-3T | 2.5 | .0370 | 67.49 |
| Estes A8-3 | 2.5 | .0306 | 81.76 |
| Estes B4-2 | 5.0 | .0816 | 61.25 |
| Estes B6-4 | 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 |
| Īpaši impulsi vairākiem Estes raķešu dzinējiem. | |||
Lielāki raķešu dzinēji
Šeit ir daži lielāku raķešu dzinēju piemēri:
| Dzinēja tips | Lietošanas piemērs | Īpatnējais impulss (s) | Efektīvais izplūdes ātrums (m/s) |
| NK-33 raķešu dzinējs | Vakuums | 331 | 3,240 |
| SSME raķešu dzinējs | Kosmosa kuģīša vakuums | 453 | 4,423 |
| Ramjet | Maš 1 | 800 | 7,877 |
| J-58 turboreaktīvais lidaparāts | SR-71 pie 3,2 maha (slapjš) | 1,900 | 18,587 |
| Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 | Concorde 2 Maha kreisēšanas lidojums (sausais) | 3,012 | 29,553 |
| CF6-80C2B1F turboreaktīvais ventilators | Boeing 747-400 izbrauciens | 5,950 | 58,400 |
| General Electric CF6 turboventilators | Jūras līmenis | 11,700 | 115,000 |
| Dažu lielāku raķešu dzinēju īpatnējais impulss un efektīvais izplūdes ātrums. | |||
Vienības
| Īpatnējais impulss | Īpatnējais impulss | Efektīvais izplūdes ātrums | Īpatnējais degvielas patēriņš | |
| SI | =X sekundes | =9,8066 X N-s/kg | =9,8066 X m/s | =(101,972/X) g/kN-s |
| Angļu valodas vienības | =X sekundes | =X lbf-s/lb | =32,16 X ft/s | =(3,600/X) lb/lbf-h |
| Angļu un SI (metriskā sistēma) vienības dažādiem raķešu dzinēju veiktspējas mērījumiem. | ||||
Mūsdienās visizplatītākais specifiskā impulsa mērīšanas veids ir sekundes. To izmanto gan SI (metriskās sistēmas) pasaulē, gan arī tur, kur tiek izmantotas angļu vienības. Šādā veidā vienības visur ir vienādas. Tas nozīmē, ka īpatnējo impulsu var izmantot, lai salīdzinātu dzinēja veiktspēju jebkurā valstī. Lielākā daļa uzņēmumu, kas ražo raķešu dzinējus vai reaktīvos dzinējus, izmanto sekundes, lai reklamētu sava produkta veiktspēju.
Cits izplatīts veids, kā mērīt īpatnējo impulsu, ir metros sekundē (m/s), ko sauc arī par efektīvo izplūdes ātrumu. Daudziem dzinējiem efektīvais izplūdes ātrums atšķiras no ātruma, ar kādu gāzes faktiski izplūst no sprauslas.
Saistītās lapas
- Reaktīvais dzinējs
- Impulss (fizika) - impulsa izmaiņas
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir specifisks impulss?
A: Īpatnējais impulss (bieži saīsināti Isp) ir veids, kā aprakstīt, cik labi darbojas raķešu vai reaktīvo dzinēju dzinēji. To var izmantot, lai salīdzinātu dažāda lieluma raķetes un izmērītu spēka daudzumu, ko dzinējs izdara ar katru degvielas devu.
J: Kā mēra īpatnējo impulsu?
A: Īpatnējo impulsu mēra, zinot, cik daudz degvielas ir dzinējā, un aprēķinot, cik lielu spēku tas rada, izmantojot šo degvielas daudzumu.
J: Ko nozīmē augsts īpatnējais impulss?
A: Augsts īpatnējais impulss nozīmē, ka raķetei nepieciešams mazāk degvielas, lai tā darbotos tikpat labi, tāpēc tā izmanto degvielu efektīvāk nekā raķete ar zemāku īpatnējo impulsu.
J: Kā mēs varam izmantot īpatnējo impulsu, lai salīdzinātu dzinējus?
A: Īpatnējo impulsu var izmantot līdzīgi kā automobiļu salīdzināšanai izmanto jūdzes uz galonu vai litrus uz 100 kilometriem, ļaujot mums salīdzināt raķešu vai reaktīvos dzinējus, pamatojoties uz to efektivitāti.
J: Vai lielāks īpatnējais impulss nozīmē, ka dzinējs ir "jaudīgāks"?
A: Nē, lielāks īpatnējais impulss ne vienmēr nozīmē, ka dzinējs ir "jaudīgāks". Patiesībā dzinēju ar visaugstāko īpatnējo impulsu konstrukcijas parasti ir visvājākās paātrinājuma jaudas ziņā.
J: Kā divas raķetes ar dažādiem dzinējiem, bet vienādu degvielas daudzumu sacenšas savā starpā?
A: Sacensībās starp divām raķetēm ar vienādu degvielas daudzumu un diviem dažādiem dzinējiem, tā, kurai ir jaudīgāks dzinējs, sākumā izvirzīsies vadībā, bet, kad tā sadedzinās visu degvielu, raķetei ar augstāku īpatnējo impulsu vēl paliks nedaudz degvielas un tā turpinās paātrināties, līdz galu galā apsteigs savu kolēģi, ja būs pietiekams attālums, lai tā varētu izmantot savas ilgtermiņa priekšrocības.
