Savitasis impulsas
Savitasis impulsas (dažnai sutrumpintai vadinamas Isp ) - tai būdas apibūdinti, kaip gerai veikia raketa. Jis taip pat naudojamas apibūdinti, kaip gerai veikia reaktyvinis variklis. Jį galima naudoti lyginant skirtingo dydžio raketas. Tai būdas sužinoti, kokią jėgą tam tikras variklis sukuria kiekvienam degalų kiekiui. Norint tai padaryti, reikia žinoti, kiek degalų yra variklyje. Didelis savitasis impulsas reiškia, kad raketai reikia mažiau degalų, kad ji veiktų taip pat gerai. Jei savitasis impulsas mažesnis, tai reiškia, kad raketai reikia daugiau degalų, kad ji veiktų taip pat gerai.
Savitasis impulsas - tai naudinga vertė raketų ar reaktyvinių variklių palyginimui. Jis naudojamas panašiai kaip mylios už galoną arba litrai 100 kilometrų automobiliams palyginti. Didesnio savitojo impulso variklis geriau naudoja degalus. Tai reiškia, kad tas pats degalų kiekis leidžia raketai skrieti greičiau, kai visi degalai išeikvojami.
Didesnis savitasis impulsas nereiškia, kad raketinis variklis yra "galingesnis". Tai reiškia, kad dėl jo raketa nespartės stipriau. Tiesą sakant, didžiausią savitąjį impulsą turinčių variklių, pavyzdžiui, joninių variklių, konstrukcijos yra "silpniausios" iš visų variklių tipų. Jie lėtai, bet tolygiai greitina raketą ilgą laiką, naudodami tik nedidelį degalų kiekį. Lenktynėse tarp dviejų raketų, turinčių vienodą degalų kiekį ir du skirtingus variklius, iš pradžių pirmauja ta, kurios variklis galingesnis, bet kai ji sudegina visus degalus, raketai su didesniu savituoju impulsu vis dar lieka šiek tiek degalų ir ji toliau greitėja. Galiausiai ji aplenks savo kolegą ir laimės lenktynes, jei atstumas bus pakankamai didelis, kad ji galėtų pasinaudoti savo ilgalaikiu pranašumu.
Skaičius, rodantis "Estes A10-PT" raketinio variklio sukuriamą jėgą per maždaug 1 sekundę. Taip pat pateikiama informacija apie impulsą, degalų kiekį ir savitąjį impulsą.
Matavimai
Yra du būdai, kaip žmonės randa konkretaus impulso skaičių. Norint rasti savitąjį impulsą, impulsas dalijamas iš degalų kiekio. Impulsas - tai matas, rodantis, kokią jėgą ir kiek laiko veikia raketos variklis. Variklio, kuris ilgą laiką sukuria mažą jėgą, impulsas kartais gali būti didesnis nei variklio, kuris trumpą laiką sukuria didelę jėgą. Impulsas matuojamas niutonais, padaugintais iš sekundžių (N*s).
Kuro kiekį, sunaudotą savitajam impulsui nustatyti, galima išmatuoti įvairiais būdais. Kartais jis matuojamas mase, o kartais svoriu. Kai degalų kiekis matuojamas mase, savitasis impulsas išreiškiamas kaip greitis. Paprastai jis nurodomas metrais per sekundę. Kai savitasis impulsas matuojamas kaip greitis, jis turi kitą pavadinimą. Jis taip pat vadinamas efektyviuoju išmetamųjų dujų greičiu. Kitas degalų kiekio matavimo būdas yra masė. Jei naudojamas svoris, savitasis impulsas matuojamas laiko vienetais, paprastai sekundėmis. Abu šie būdai yra paplitę. Abiem jais lyginamas variklių našumas.
Kai savitasis impulsas yra didesnis, reikia mažiau degalų, kad raketa veiktų tam tikru lygiu. Taigi degalai yra efektyvesni, jei savitasis impulsas yra didesnis.
Būkite atsargūs, kad nepainiotumėte traukos ir konkretaus impulso. Trauka - tai tik jėga, kurią raketa sukuria vienu laiko momentu. Savitasis impulsas - tai jėgos matas, priklausantis nuo degalų kiekio.
Kai žmonės randa specifinį impulsą, vienintelis degalų kiekis skaičiuojamas raketoje prieš ją paleidžiant. Į jį įeina kuras ir oksidatorius (degalų dalis, padedanti degalams degti). Oksidatorius kartais būna deguonis, o dažnai - kas nors kita (žr. Raketinis variklis#Skysčiai, kietosios medžiagos ir hibridai).
Pavyzdžiai
| Skirtingų raketos stūmimo būdų savitasis impulsas | |||
| Variklis | Efektyvusis išmetamųjų dujų greitis | Specifinis | Energija, tenkanti vienam kilogramui išmetamųjų dujų |
| Turboventiliatorinis reaktyvinis variklis | 29,000 | 3,000 | ~0.05 |
| Kietojo kuro raketa | 2,500 | 250 | 3 |
| Skystųjų degalų raketa | 4,400 | 450 | 9.7 |
| Jonų greitintuvas | 29,000 | 3,000 | 430 |
| Dviejų pakopų keturių tinklelių elektrostatinis jonų stūmiklis | 210,000 | 21,400 | 22,500 |
| VASIMR | 30,000-120,000 | 3,000-12,000 | 1,400 |
Reaktyviniai (lėktuvų) varikliai geriau naudoja degalus nei raketiniai varikliai. Taip yra todėl, kad dujos išsiskiria ne taip greitai. Kadangi dujos išsiskiria ne taip greitai, išmetamosios dujos neišskiria tiek daug energijos. Tai reiškia, kad reaktyviniam varikliui stumti sunaudojama daug mažiau energijos. Taip pat todėl, kad oras, kuris skrisdamas reaktyvinis lėktuvas patenka į variklį, padeda degalams greičiau sudegti.
Raketų modeliai
Savitasis impulsas taip pat naudojamas raketų modelių varikliams apibūdinti. Toliau pateiktoje lentelėje nurodytos kai kurios "Estes" nurodytos kelių jų raketų variklių savitojo impulso vertės: "Estes Industries" yra didelė, gerai žinoma JAV raketų modelių ir raketų dalių pardavėja. Raketų modelių variklių savitasis impulsas yra daug mažesnis nei daugelio kitų raketų variklių, nes kaip degalai naudojami juodieji milteliai. Juodieji milteliai naudojami modelių raketų varikliuose, nes jie kainuoja pigiau.
| Variklis | Bendras impulsas (Ns) | Kuro svoris (N) | Savitasis impulsas (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 |
| Specifiniai impulsai keliems "Estes" raketų varikliams. | |||
Didesni raketų varikliai
Pateikiame keletą didesnių raketų variklių skaičiaus pavyzdžių:
| Variklio tipas | Naudojimo pavyzdys | Savitasis impulsas (s) | Efektyvusis išmetimo greitis (m/s) |
| NK-33 raketinis variklis | Vakuuminis | 331 | 3,240 |
| SSME raketinis variklis | Vakuumas erdvėlaivyje | 453 | 4,423 |
| Ramjet | 1 mašina | 800 | 7,877 |
| J-58 turboreaktyvinis lėktuvas | SR-71 3,2 macho greitis (drėgnas) | 1,900 | 18,587 |
| Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 | "Concorde" skrydis 2 macho greičiu (sausas) | 3,012 | 29,553 |
| CF6-80C2B1F turboreaktyvinis ventiliatorius | Boeing 747-400 kruizas | 5,950 | 58,400 |
| "General Electric CF6" turboreaktyvinis ventiliatorius | Jūros lygis | 11,700 | 115,000 |
| Kelių didesnių raketinių variklių savitasis impulsas ir efektyvusis išmetamųjų dujų greitis. | |||
Vienetai
| Savitasis impulsas | Savitasis impulsas | Efektyvusis išmetimo greitis | Specifinės degalų sąnaudos | |
| SI | =X sekundžių | =9,8066 X N-s/kg | =9,8066 X m/s | =(101,972/X) g/kN-s |
| Anglų kalbos vienetai | =X sekundžių | =X lbf-s/lb | =32,16 X ft/s | =(3,600/X) lb/lbf-h |
| Anglų ir SI (metrinės sistemos) vienetai įvairiems raketinio variklio našumo matavimams. | ||||
Dažniausiai specifiniam impulsui matuoti šiandien naudojamos sekundės. Jis naudojamas tiek SI (metrinės sistemos) pasaulyje, tiek ten, kur naudojami angliški vienetai. Tokiu būdu vienetai visur yra vienodi. Tai reiškia, kad savitąjį impulsą galima naudoti variklio veikimui palyginti bet kurioje šalyje. Dauguma raketų variklius ar reaktyvinius variklius gaminančių bendrovių naudoja sekundes savo gaminio našumui reklamuoti.
Kitas įprastas būdas matuoti savitąjį impulsą yra metrais per sekundę (m/s), kuris taip pat vadinamas efektyviuoju išmetimo greičiu. Daugelio variklių efektyvusis išmetimo greitis skiriasi nuo greičio, kuriuo dujos iš tikrųjų išeina iš tūtos.
Susiję puslapiai
- Reaktyvinis variklis
- Impulsas (fizika) - pagreičio pokytis
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra specifinis impulsas?
A: Savitasis impulsas (dažnai sutrumpintai vadinamas Isp) - tai būdas apibūdinti, kaip gerai veikia raketos ar reaktyvinis variklis. Jį galima naudoti lyginant skirtingo dydžio raketas ir matuojant, kokią jėgą variklis sukuria kiekvienam degalų kiekiui.
K: Kaip matuojamas savitasis impulsas?
A: Savitasis impulsas matuojamas žinant, kiek degalų yra variklyje, ir apskaičiuojant, kokią jėgą sukuria variklis, naudodamas tą degalų kiekį.
K: Ką reiškia didelis savitasis impulsas?
A: Didelis savitasis impulsas reiškia, kad raketai reikia mažiau degalų, kad ji veiktų taip pat gerai, todėl ji efektyviau naudoja degalus nei raketa, kurios savitasis impulsas yra mažesnis.
K: Kaip galime naudoti savitąjį impulsą varikliams palyginti?
A.: Savitąjį impulsą galima naudoti panašiai, kaip automobiliams lyginti naudojamos mylios už galoną arba litrai 100 kilometrų, todėl galime palyginti raketų ar reaktyvinių variklių efektyvumą.
K: Ar didesnis savitasis impulsas reiškia, kad variklis yra "galingesnis"?
Atsakymas: Ne, didesnis savitasis impulsas nebūtinai reiškia, kad variklis yra "galingesnis". Tiesą sakant, didžiausio savitojo impulso variklių konstrukcijos paprastai yra silpniausios greitėjimo galios požiūriu.
K: Kaip dvi raketos su skirtingais varikliais, bet tuo pačiu degalų kiekiu lenktyniauja tarpusavyje?
A: Dviejų raketų su tokiu pat degalų kiekiu ir dviem skirtingais varikliais lenktynėse iš pradžių pirmauja ta, kurios variklis galingesnis, bet kai ji sudegins visus degalus, raketai su didesniu savituoju impulsu dar liks degalų ir ji toliau greitės, kol galiausiai aplenks savo kolegę, jei liks pakankamas atstumas, kad ji galėtų išnaudoti savo ilgalaikį pranašumą.
