Īpašais impulss (SP) ir mērs, cik efektīvi raķete vai dzinējs izmanto degvielu. Pēc definīcijas tas ir kopējais pārspriegums, kas tiek piegādāts uz patērētās jaudas vienību, un ir līdzvērtīgs radītajam vilces spēkam, kas dalīts ar masas plūsmu. Ja kā propelenta vienību izmanto kilogramus, tad īpatnējo impulsu mēra ātruma izteiksmē. Ja tā vietā tiek izmantots svars ņūtonos vai spēka mārciņās, konkrētā vērtība tiek izteikta laika izteiksmē, visbiežāk sekundēs.
Plūsmas ātrumu reizinot ar standarta gravitāciju, GI pārvērš masā.
Ciolkovska vienādojums
Lielākas masas dzinēja īpašais impulss tiek efektīvāk izmantots, lai radītu vilci uz priekšu. Un gadījumā, ja tiek izmantota raķete, ir nepieciešams mazāk degvielas. Tieši viņš ir vajadzīgs šim delta-v. Saskaņā ar vienādojumuCiolkovskis, īpašajā raķešu dzinēja impulsā motors ir efektīvāks kāpšanā, attālumā un ātrumā. Šī veiktspēja ir mazāk svarīga reaktīvajos modeļos. Kuru degšanai izmanto spārnus un ārējo gaisu. Un nēsājiet kravu, kas ir daudz smagāka par degvielu.
Īpašs impulss ietver kustību, ko rada ārējais gaiss, ko izmanto sadegšanai un ko noplicina lietotā kodoldegviela. Reaktīvie dzinēji šim nolūkam izmanto ārējo atmosfēru. Un tāpēc tiem ir daudz augstāks lietotāja interfeiss nekā raķešu dzinējiem. Šim jēdzienam no patērētās degvielas masas viedokļa ir attāluma mērvienības laika gaitā. Kas ir mākslīga vērtība, ko sauc par "efektīvo izplūdes gāzu ātrumu". Tas ir lielāks par faktisko izplūdes ātrumu. Tā kā sadegšanai paredzētā gaisa masa netiek ņemta vērā. Faktiskais un efektīvais izplūdes ātrums ir vienāds raķešu dzinējiem, kas neizmanto, piemēram, gaisu vai ūdeni.
Vispārīgi apsvērumi
Degvielas daudzumu parasti mēra masas vienībās. Ja to izmanto, tad īpašais impulss ir impulss uz EM, kuram, kā liecina lieluma analīze, ir ātruma vienības. Tāpēc lietotāja interfeiss bieži tiek mērīts metros sekundē. Un to bieži dēvē par izplūdes gāzu efektīvo ātrumu. Taču, ja izmanto masu, degvielas īpatnējais impulss, dalīts ar spēku, izrādās laika vienība. Tāpēc konkrēti grūdieni tiek mērīti sekundēs.
Tieši šis noteikums ir galvenais mūsdienu pasaulē, ar ko plaši izmantokoeficients r0 (gravitācijas paātrinājuma konstante uz Zemes virsmas).
Ir vērts atzīmēt, ka raķetes impulsa (ieskaitot degvielu) izmaiņu ātrums laika vienībā ir vienāds ar īpatnējo vilces impulsu.
Specifikācija
Jo lielāks spiediens, jo mazāk degvielas nepieciešams, lai noteiktu laiku radītu noteiktu vilci. Šajā sakarā šķidrums ir efektīvāks, jo lielāks ir tā lietotāja interfeiss. Tomēr to nevajadzētu jaukt ar energoefektivitāti, kas var samazināties, palielinoties vilcei, jo dzinēja īpašajam impulsam, kas dod augstus rezultātus, ir nepieciešams daudz enerģijas, lai to paveiktu.
Tāpat svarīgi ir atšķirt un nejaukt vilkšanu ar konkrētu grūdienu. UI tiek izveidota uz vienu patērētās degvielas vienību. Un vilces spēks ir momentānais vai maksimālais spēks, ko ģenerē konkrēta ierīce. Daudzos gadījumos ļoti augsta īpatnējā impulsa piedziņas sistēmas - dažas jonu iekārtas sasniedz 10 000 sekundes - rada zemu vilci.
Aprēķinot grūdienu, tiek ņemta vērā tikai degviela, kas tiek pārvadāta ar transportlīdzekli pirms lietošanas. Tāpēc raķešu ķīmiķim masā būs gan propelants, gan oksidētājs. Motoriem ar gaisa ieelpošanu tiek ņemts vērā tikai šķidruma daudzums, nevis gaisa masa, kas iet caur motoru.
Atmosfēras pretestība un iekārtas nespēja uzturēt augstu īpatnējo impulsu pie augsta degšanas ātruma ir tieši iemesls, kāpēc visa degviela netiek izmantota pēc iespējas ātrāk.
Smagāksmotors ar labu MI var nebūt tik efektīvs kāpšanā, distancē vai ātrumā kā viegls instruments ar sliktu veiktspēju
Ja tā nebūtu gaisa pretestība un samazināts degvielas patēriņš lidojuma laikā, MI būtu tiešs dzinēja efektivitātes rādītājs, pārvēršot masu uz priekšu.
Īpašs impulss sekundēs
Visizplatītākā vienība konkrētam grūdienam ir Hs. Gan SI kontekstā, gan gadījumos, kad tiek izmantotas impērijas vai konvencionālās vērtības. Sekunžu priekšrocība ir tāda, ka mērvienība un skaitliskā vērtība ir vienāda visām sistēmām un būtībā ir universālas. Gandrīz visi ražotāji uzskaita savu dzinēju veiktspēju sekundēs. Un šāda ierīce noder arī gaisa kuģa ierīces specifikas noteikšanai.
Diezgan bieži tiek izmantots arī metri sekundē, lai noteiktu efektīvo izplūdes ātrumu. Šis bloks ir intuitīvs, aprakstot raķešu dzinējus, lai gan ierīču efektīvais izplūdes ātrums var ievērojami atšķirties no faktiskā. Visticamāk, tas ir saistīts ar to, ka degviela un oksidētājs tiek izmesti pāri bortam pēc turbo sūkņu ieslēgšanas. Gaisa ieelpošanas reaktīvo dzinēju gadījumā efektīvajam izplūdes ātrumam nav fiziskas nozīmes. Lai gan to var izmantot salīdzināšanas nolūkos.
Vienības
Vērtības, kas izteiktas Ns (kilogramos), nav nekas neparasts un skaitliski vienādas ar efektīvo izplūdes ātrumu m/s (no Ņūtona otrā likuma un viņadefinīcijas).
Cita līdzvērtīga vienība ir īpatnējais degvielas patēriņš. Tam ir mērvienības, piemēram, g (kN s) vai lb/h. Jebkura no šīm vienībām ir apgriezti proporcionāla konkrētajam impulsam. Un degvielas patēriņš tiek plaši izmantots, lai aprakstītu reaktīvo dzinēju veiktspēju.
Vispārīga definīcija
Visiem transportlīdzekļiem īpašo impulsu (spiediens uz degvielas svara vienību uz Zemes) sekundēs var noteikt ar šādu vienādojumu.
Lai noskaidrotu situāciju, ir svarīgi precizēt, ka:
- F ir standarta gravitācijas spēks, kas nomināli tiek norādīts kā jauda uz Zemes virsmas, m/s 2 (vai pēdas/s kvadrātā).
- g ir masas plūsmas ātrums kg/s, kas šķiet negatīvs attiecībā uz transportlīdzekļa masas izmaiņu ātrumu laika gaitā (degviela tiek izspiesta).
Mērīšana
Angļu vienība mārciņa tiek izmantota biežāk nekā citas mērvienības. Un arī piemērojot šo vērtību sekundē plūsmas ātrumam, konvertējot, konstante r 0 kļūst nevajadzīga. Kad tas pēc izmēriem kļūst līdzvērtīgs mārciņām, kas dalītas ar g 0.
I sp sekundēs ir laiks, kurā ierīce var ģenerēt īpašu raķešu dzinēja vilces impulsu, ņemot vērā tādu propelenta daudzumu, kura svars ir vienāds ar vilces spēku.
Šī formulējuma priekšrocība ir tā, ka to var izmantotraķetēm, kur visa reakcijas masa tiek transportēta uz klāja, kā arī lidaparātiem, kur lielākā daļa reakcijas masas tiek ņemta no atmosfēras. Turklāt tas dod rezultātu, kas nav atkarīgs no izmantotajām vienībām.
Īpašs impulss kā ātrums (efektīvais izplūdes ātrums)
Tā kā vienādojumā ir ģeocentriskais koeficients g 0, daudzi izvēlas definēt raķetes vilci (jo īpaši) kā vilci uz degvielas plūsmas masas vienību. Tas ir tikpat derīgs (un dažos veidos nedaudz vienkāršāks) veids, kā noteikt propelenta īpašo impulsu efektivitāti. Ja mēs apsvērsim citas iespējas, situācija gandrīz visur būs vienāda. Noteikta specifiska impulsa raķetes ir vienkārši efektīvais izplūdes ātrums attiecībā pret ierīci. Konkrēta grūdiena divi atribūti ir proporcionāli viens otram un ir saistīti šādi.
Lai izmantotu formulu, jums ir jāsaprot, ka:
- I - konkrēts impulss sekundēs.
- v - stumšana, mēra m/s. Kas ir vienāds ar efektīvo izplūdes ātrumu, ko mēra m/s (vai ft/s, atkarībā no g vērtības).
- g ir gravitācijas etalons, 9,80665 m/s 2. Imperiālajās vienībās 32,174 pēdas/s 2.
Šis vienādojums attiecas arī uz reaktīvajiem dzinējiem, taču praksē to izmanto reti.
Ņemiet vērā, ka dažreiz tiek izmantotas dažādas rakstzīmes. Piemēram, c tiek ņemts vērā arī izplūdes ātrumam. Kamēr simbolssp var loģiski izmantot UI vienībās N s/kg. Lai izvairītos no neskaidrībām, ir vēlams to rezervēt noteiktai vērtībai, kas mērīta sekundēs pirms apraksta sākuma.
Tas ir saistīts ar raķešu dzinēja īpašā impulsa, formulas, vilces spēku vai kustības spēku.
Šeit m ir masveida degvielas patēriņš, kas ir transportlīdzekļa lieluma samazināšanās ātrums.
Minimizācija
Raķetei ir jānes visa tā degviela. Tāpēc kopā ar pašu ierīci jāpaātrina arī nesadegušās pārtikas masa. Lai izveidotu efektīvas raķetes, ir ļoti svarīgi samazināt degvielas daudzumu, kas nepieciešams, lai sasniegtu noteiktu vilces spēku.
Ciolkovska īpašā impulsa formula parāda, ka raķetei ar noteiktu tukšo masu un noteiktu degvielas daudzumu kopējās ātruma izmaiņas var sasniegt proporcionāli efektīvajam izplūdes ātrumam.
Kosmosa kuģis bez propellera pārvietojas pa orbītu, ko nosaka tā trajektorija un jebkurš gravitācijas lauks. Novirzes no atbilstošā ātruma modeļa (ko sauc par Δv) panāk, spiežot izplūdes gāzu masu pretējā virzienā vēlamajām izmaiņām.
Faktiskais ātrums pret faktisko ātrumu
Šeit ir vērts atzīmēt, ka šie divi jēdzieni var būtiski atšķirties. Piemēram, kad atmosfērā tiek palaista raķete, gaisa spiediens ārpus dzinēja izraisabremzēšanas spēks. Kas samazina īpatnējo impulsu un efektīvais izplūdes ātrums samazinās, bet faktiskais ātrums praktiski nemainās. Turklāt dažreiz raķešu dzinējiem ir atsevišķa sprausla turbīnas gāzei. Lai aprēķinātu efektīvo izplūdes ātrumu, ir nepieciešams aprēķināt abu masu plūsmu vidējo vērtību, kā arī ņemt vērā jebkuru atmosfēras spiedienu.
Palieliniet efektivitāti
Gaisa elpas dzinējiem, jo īpaši turboventilatoriem, faktiskais izplūdes ātrums un efektīvais ātrums atšķiras par vairākām kārtām. Tas ir saistīts ar faktu, ka, izmantojot gaisu kā reakcijas masu, tiek sasniegts ievērojams papildu impulss. Tas ļauj labāk saskaņot gaisa ātrumu un izplūdes ātrumu, kas ietaupa enerģiju un degvielu. Un ievērojami palielina efektīvo komponentu, vienlaikus samazinot faktisko ātrumu.
Energoefektivitāte
Raķetēm un raķetēm līdzīgiem dzinējiem, piemēram, jonu modeļiem, sp nozīmē zemāku energoefektivitāti.
Šajā formulā v e ir faktiskais strūklas ātrums.
Tādējādi nepieciešamais spēks ir proporcionāls katram izplūdes ātrumam. Pie lielākiem ātrumiem vienai un tai pašai vilcei ir nepieciešama daudz lielāka jauda, kā rezultātā energoefektivitāte samazinās par vienu vienību.
Tomēr kopējā enerģija misijai ir atkarīga no kopējā degvielas patēriņa, kā arī no tā, cik daudz enerģijas ir nepieciešams vienai vienībai. Zemam izplūdes ātrumamattiecībā uz delta-v misiju ir nepieciešams milzīgs reakcijas masas daudzums. Faktiski šī iemesla dēļ ļoti zems izplūdes ātrums nav energoefektīvs. Taču izrādās, ka nevienam tipam nav visaugstāko punktu skaitu.
Mainīgs
Teorētiski noteiktai delta-v telpā, starp visām fiksētajām izplūdes ātruma vērtībām, ve=0,6275 ir energoefektīvākais konkrētai galīgajai masai. Lai uzzinātu vairāk, varat skatīt enerģiju kosmosa kuģa piedziņas aparātā.
Tomēr mainīgs izplūdes ātrums var būt vēl energoefektīvāks. Piemēram, ja raķete tiek paātrināta ar kādu pozitīvu sākotnējo ātrumu, izmantojot izplūdes ātrumu, kas ir vienāds ar produkta ātrumu, enerģija netiek zaudēta kā reakcijas masas kinētiskā sastāvdaļa. Kad tas kļūst nekustīgs.
