Specifični impulz
Specifični impulz (pogosto skrajšan na Isp ) je način za opis uspešnosti rakete. Uporablja se tudi za opis delovanja reaktivnega motorja. Uporablja se lahko za primerjavo raket različnih velikosti. Z njim lahko ugotovimo, kolikšno silo proizvede določen motor za vsako količino goriva. Za to je treba vedeti, koliko goriva je v motorju. Visok specifični impulz pomeni, da raketa potrebuje manj goriva, da deluje enako dobro. Če je specifični impulz nižji, pomeni, da raketa potrebuje več goriva, da deluje enako dobro.
Specifični impulz je uporabna vrednost za primerjavo raketnih ali reaktivnih motorjev. Uporablja se podobno kot milje na galono ali litre na 100 kilometrov za primerjavo avtomobilov. Motor z višjim specifičnim impulzom bolje porabi gorivo. To pomeni, da lahko raketa z enako količino goriva po izčrpanju vsega goriva leti hitreje.
Raketni motor z večjim specifičnim impulzom ne pomeni, da je "močnejši". To pomeni, da raketa zaradi tega ne pospeši močneje. Pravzaprav so zasnove motorjev z največjim specifičnim impulzom, kot so ionski motorji, "najšibkejše" med vsemi vrstami motorjev. Ti raketo pospešujejo počasi, a enakomerno v daljšem časovnem obdobju, pri čemer uporabljajo le majhno količino goriva. V tekmi med dvema raketama z enako količino goriva in dvema različnima motorjema bo raketa z močnejšim motorjem zgodaj prevzela vodstvo, ko pa bo porabila vse svoje gorivo, bo raketi z višjim specifičnim impulzom ostalo še nekaj goriva in bo še naprej pospeševala. Sčasoma bo prehitela svojo nasprotnico in zmagala, če bo razdalja dovolj velika, da bo lahko izkoristila svojo dolgoročno prednost.
Slika, ki prikazuje silo raketnega motorja Estes A10-PT v približno eni sekundi. Na voljo so tudi podatki o impulzu, količini goriva in specifičnem impulzu.
Meritve
Ljudje lahko na dva načina najdejo številko za določen impulz. Specifični impulz ugotovimo tako, da impulz delimo s količino goriva. Impulz je merilo za to, koliko sile in kako dolgo deluje raketni motor. Motor, ki dolgo časa ustvarja majhno silo, ima lahko včasih večji impulz kot motor, ki kratek čas ustvarja veliko silo. Impulz se meri v njutonih krat sekunde (N*s).
Količino goriva, ki se porabi za določitev specifičnega impulza, je mogoče izmeriti na različne načine. Včasih se meri v masi, včasih pa v teži. Kadar se količina goriva meri v masi, je specifični impulz izražen kot hitrost. Ta je običajno izražena v metrih na sekundo. Kadar se specifični impulz meri kot hitrost, ima drugo ime. Imenuje se tudi efektivna hitrost izpušnih plinov. Drugi način merjenja količine goriva je masa. Če se uporablja teža, je specifični impulz izražen v časovnih enotah, običajno v sekundah. Oba načina sta pogosta. Oba primerjata zmogljivost motorjev.
Če je specifični impulz večji, je za določeno zmogljivost rakete potrebno manj goriva. Torej je gorivo učinkovitejše, če je specifični impulz večji.
Pazite, da ne zamenjate potiska in specifičnega impulza. Potisk je le sila, ki jo raketa proizvede v nekem trenutku. Specifični impulz je merilo sile glede na količino goriva.
Ko ljudje ugotavljajo specifični impulz, je edino gorivo, ki se šteje, v raketi, preden se izstreli. To vključuje gorivo in oksidator (del goriva, ki pomaga gorivu pri gorenju). Oksidator je včasih kisik, pogosto pa kaj drugega (glejte Raketni motor#Kislinski, trdni in hibridni motorji).
Primeri
| Specifični impulz različnih načinov potiskanja rakete | |||
| Motor | Efektivna hitrost izpušnih plinov | Specifični impulz | Energija na kg izpušnih plinov |
| Turboventilatorski reaktivni motor | 29,000 | 3,000 | ~0.05 |
| Raketa na trdo gorivo | 2,500 | 250 | 3 |
| Raketa na tekoče gorivo | 4,400 | 450 | 9.7 |
| Ionski potisnik | 29,000 | 3,000 | 430 |
| Dvostopenjski elektrostatični ionski potisnik s štirimi rešetkami | 210,000 | 21,400 | 22,500 |
| VASIMR | 30,000-120,000 | 3,000-12,000 | 1,400 |
Reaktivni (letalski) motorji bolje porabijo gorivo kot raketni motorji. To je zato, ker plini ne uhajajo tako hitro. Ker ne uhajajo tako hitro, izpušni plini ne oddajajo toliko energije. To pomeni, da reaktivni motor porabi veliko manj energije za potiskanje curka. Tudi zato, ker zrak, ki gre skozi motor, ko reaktivec leti po zraku, pomaga gorivu, da hitreje gori.
Raketni model
Specifični impulz se uporablja tudi za opis delovanja raketnih motorjev za modele. V spodnji preglednici so nekatere Estesove deklarirane vrednosti specifičnih impulzov za več njihovih raketnih motorjev: Estes Industries je velik in znan ameriški prodajalec modelov raket in delov za rakete. Specifični impulz za modelarske raketne motorje je veliko nižji kot za številne druge raketne motorje, ker se kot gorivo uporablja črni prah. Črni prah se uporablja v modelarskih raketnih motorjih, ker je cenejši.
| Motor | Skupni impulz (Ns) | Teža goriva (N) | Specifični impulz (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 |
| Posebni impulzi za več raketnih motorjev Estes. | |||
Večji raketni motorji
Tukaj je nekaj primerov številk za večje raketne motorje:
| Vrsta motorja | Primer uporabe | Specifični impulz (s) | Efektivna hitrost izpušnih plinov (m/s) |
| raketni motor NK-33 | Vakuum | 331 | 3,240 |
| Raketni motor SSME | Vakuum v vesoljskem raketoplanu | 453 | 4,423 |
| Ramjet | Mach 1 | 800 | 7,877 |
| J-58 turboreakcijski | SR-71 pri hitrosti 3,2 macha (mokro) | 1,900 | 18,587 |
| Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 | Potovanje z letalom Concorde Mach 2 (suho) | 3,012 | 29,553 |
| turboventilatorski motor CF6-80C2B1F | Potovanje z Boeingom 747-400 | 5,950 | 58,400 |
| turboventilatorsko letalo CF6 družbe General Electric | Morska gladina | 11,700 | 115,000 |
| Specifični impulz in efektivna hitrost izpušnih plinov za nekaj večjih raketnih motorjev. | |||
Enote
| Specifični impulz | Specifični impulz | Učinkovita hitrost izpušnih plinov | Specifična poraba goriva | |
| SI | =X sekund | =9,8066 X N-s/kg | =9,8066 X m/s | =(101,972/X) g/kN-s |
| Angleške enote | =X sekund | =X lbf-s/lb | =32,16 X ft/s | =(3,600/X) lb/lbf-h |
| Angleške enote in enote SI (metrični sistem) za različne meritve zmogljivosti raketnih motorjev. | ||||
Danes se za merjenje specifičnega impulza najpogosteje uporabljajo sekunde. To se uporablja tako v svetu SI (metričnega sistema) kot tudi tam, kjer se uporabljajo angleške enote. Tako so enote povsod enake. To pomeni, da se specifični impulz lahko uporablja za primerjavo zmogljivosti motorja v kateri koli državi. Večina podjetij, ki izdelujejo raketne motorje ali reaktivne motorje, uporablja sekunde za oglaševanje zmogljivosti svojih izdelkov.
Drugi pogost način merjenja specifičnega impulza je v metrih na sekundo (m/s), ki se imenuje tudi efektivna hitrost izpušnih plinov. Pri številnih motorjih se efektivna hitrost izpušnih plinov razlikuje od hitrosti, s katero plini dejansko prihajajo iz šobe.
Sorodne strani
- Reaktivni motor
- Impulz (fizika) - sprememba zagona
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je specifični impulz?
O: Specifični impulz (pogosto skrajšan na Isp) je način za opis, kako dobro deluje raketni ali reaktivni motor. Z njim lahko primerjamo rakete različnih velikosti in izmerimo, kolikšno silo motor proizvede na vsako količino goriva.
V: Kako se meri specifični impulz?
O: Specifični impulz izmerimo tako, da vemo, koliko goriva je v motorju, in izračunamo, kolikšno silo proizvede motor s to količino goriva.
V: Kaj pomeni visok specifični impulz?
O: Visok specifični impulz pomeni, da raketa potrebuje manj goriva, da deluje enako dobro, zato porablja gorivo učinkoviteje kot raketa z nižjim specifičnim impulzom.
V: Kako lahko specifični impulz uporabimo za primerjavo motorjev?
O: Specifični impulz se lahko uporablja podobno kot milje na galono ali litre na 100 kilometrov za primerjavo avtomobilov, kar nam omogoča primerjavo raketnih ali reaktivnih motorjev na podlagi njihove učinkovitosti.
V: Ali višji specifični impulz pomeni, da je motor "močnejši"?
O: Ne, večji specifični impulz ne pomeni nujno, da je motor "močnejši". Pravzaprav so zasnove motorjev z najvišjimi specifičnimi impulzi običajno najšibkejše z vidika pospeševalne moči.
V: Kako lahko dve raketi z različnima motorjema, vendar z enako količino goriva, tekmujeta med seboj?
O: V dirki med dvema raketama z enako količino goriva in dvema različnima motorjema bo raketa z močnejšim motorjem zgodaj prevzela vodstvo, ko pa bo porabila vse gorivo, bo raketi z višjim specifičnim impulzom še vedno ostalo nekaj goriva in bo še naprej pospeševala, dokler ne bo na koncu prehitela svoje nasprotnice, če bo na voljo dovolj razdalje, da bo lahko izkoristila svojo dolgoročno prednost.
