Spetsiifiline impulss
Spetsiifiline impulss (sageli lühendatult Isp ) on viis kirjeldada, kui hästi rakett töötab. Seda kasutatakse ka selleks, et kirjeldada, kui hästi toimib reaktiivmootor. Seda saab kasutada eri suurusega rakettide võrdlemiseks. Selle abil saab teada, kui palju jõudu annab konkreetne mootor iga kütusekoguse kohta. Selleks on vaja teada, kui palju kütust mootoris on. Suur erimõju tähendab, et rakett vajab sama hästi toimimiseks vähem kütust. Kui eriimpulss on väiksem, tähendab see, et rakett vajab sama hästi toimimiseks rohkem kütust.
Spetsiifiline impulss on kasulik väärtus raketi- või reaktiivmootorite võrdlemiseks. Seda kasutatakse samamoodi nagu miili galloni kohta või liitrit 100 kilomeetri kohta autode võrdlemisel. Suurema eriimpulssiga mootor kasutab kütust paremini. See tähendab, et sama kütusekogus laseb raketil pärast kogu kütuse ammendumist kiiremini minna.
Suurema eriimpulssiga rakettmootor ei tähenda, et see on "võimsam". See tähendab, et see ei pane raketti tugevamini kiirendama. Tegelikult on kõrgeima spetsiifilise impulsiga mootorite konstruktsioonid, nagu ioonmootorid, kõikidest mootoritüüpidest kõige "nõrgemad". Nad kiirendavad raketti aeglaselt, kuid stabiilselt ja pika aja jooksul, kasutades vaid väikest kütusekogust. Kahe sama kütusekogusega ja kahe erineva mootoriga raketi vahelises võistluses läheb võimsama mootoriga rakett varakult juhtima, kuid kui ta põletab kogu kütuse ära, jääb kõrgema spetsiifilise impulsiga raketil veel veidi kütust alles ja ta kiirendab edasi. Lõpuks edestab ta oma vastasraketti ja võidab võistluse, kui vahemaa on piisavalt suur, et kasutada oma pikaajalist eelist.
Joonis, mis näitab Estes A10-PT raketimootori poolt umbes 1 sekundi jooksul tekitatud jõudu. Samuti on esitatud teave impulsi, kütusekoguse ja spetsiifilise impulsi kohta.
Mõõtmised
On kaks võimalust, kuidas inimesed leiavad konkreetse impulsi numbri. Spetsiifilise impulsi leidmiseks jagatakse impulss kütusekogusega. Impulss on mõõtmine, kui palju jõudu rakettmootor annab ja kui kaua. Mootoril, mis teeb pikka aega väikest jõudu, võib mõnikord olla suurem impulss kui mootoril, mis teeb lühikest aega suurt jõudu. Impulssi mõõdetakse njuutonites korda sekundid (N*s).
Spetsiifilise impulsi leidmiseks kasutatud kütusekogust saab mõõta mitmel viisil. Mõnikord mõõdetakse seda massi ja mõnikord kaalu alusel. Kui kütusekogust mõõdetakse massina, siis väljendatakse erimõju kiirusena. See on tavaliselt meetrites sekundis. Kui eriimpulssi mõõdetakse kiirusena, on sellel teine nimetus. Seda nimetatakse ka efektiivseks väljalaskekiiruseks. Teine viis kütusekoguse mõõtmiseks on mass. Kui kasutatakse kaalu, siis on eriimpulss ajaühikutes, tavaliselt sekundites. Need kaks viisi on mõlemad levinud. Mõlemad võrdlevad mootorite jõudlust.
Kui eriimpulss on suurem, on vaja vähem kütust, et raketi jõudlus oleks teatud tasemel. Seega on kütus tõhusam, kui erimulss on suurem.
Olge ettevaatlik, et mitte segi ajada tõukejõudu ja konkreetset impulssi. Tõukejõud on ainult raketi poolt ühel ajahetkel tekitatud jõud. Spetsiifiline impulss on jõud, mis põhineb kütuse kogusel.
Kui inimesed leiavad, et konkreetne impulss on ainus kütus, mida loetakse raketis enne selle käivitamist. See hõlmab kütust ja oksüdeerijat (kütuse osa, mis aitab kütusel põleda). Oksüdeerija on mõnikord hapnik või sageli midagi muud (vt Rakettmootor#Liikide, tahked ained ja hübriidid).
Näited
| Konkreetne impulss erinevatel raketi tõukamise viisidel | |||
| Mootor | Efektiivne heitgaasi kiirus | Konkreetne | Energia kg heitgaasi kohta |
| turboreaktiivmootor | 29,000 | 3,000 | ~0.05 |
| Tahkekütuse rakett | 2,500 | 250 | 3 |
| Vedelkütuse rakett | 4,400 | 450 | 9.7 |
| Ioon-traktor | 29,000 | 3,000 | 430 |
| Kaheastmeline neljaruuduline elektrostaatiline ioontõukeaparaat | 210,000 | 21,400 | 22,500 |
| VASIMR | 30,000-120,000 | 3,000-12,000 | 1,400 |
Reaktiivmootorid (lennukite mootorid) kasutavad kütust paremini kui rakettmootorid. See on tingitud sellest, et gaasid ei pääse nii kiiresti välja. Kuna nad ei pääse nii kiiresti, ei kanna heitgaas nii palju energiat minema. See tähendab, et reaktiivmootor kasutab reaktiivmootori tõukamiseks palju vähem energiat. See on tingitud ka sellest, et õhk, mis läbib mootorit, kui reaktiivmootor lendab läbi õhu, aitab kütusel kiiremini põleda.
Rakettmudelid
Spetsiifilist impulssi kasutatakse ka selleks, et kirjeldada, kui hästi rakettmudelite mootorid töötavad. Alljärgnevas tabelis on esitatud Estes'i väidetav spetsiifilise impulsi väärtus mitmete nende rakettmootorite puhul: Estes Industries on suur ja tuntud Ameerika Ühendriikide mudelrakettide ja raketiosade müüja. Mudelrakettide mootorite spetsiifiline impulss on palju väiksem kui paljude teiste rakettide mootorite puhul, sest kütusena kasutatakse musta pulbrit. Mustapulbrit kasutatakse mudelrakettide mootorites, sest see on odavam.
| Mootor | Koguimpulss (Ns) | Kütuse kaal (N) | Spetsiifiline 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 |
| Spetsiifilised impulsid mitme Estes'i raketimootori jaoks. | |||
Suuremad rakettmootorid
Siin on mõned näidisnumbrid suuremate rakettmootorite kohta:
| Mootori tüüp | Näide Kasutamine | Spetsiifiline impulss (s) | Efektiivne heitgaasi kiirus (m/s) |
| NK-33 rakettmootor | Vaakum | 331 | 3,240 |
| SSME rakettmootor | Kosmosesüstiku vaakum | 453 | 4,423 |
| Ramjet | Mach 1 | 800 | 7,877 |
| J-58 turboreaktiivmootor | SR-71 3,2 Machi juures (märg) | 1,900 | 18,587 |
| Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 | Concorde Mach 2 reisilennuk (kuiv) | 3,012 | 29,553 |
| CF6-80C2B1F turbofan | Boeing 747-400 reisilennuk | 5,950 | 58,400 |
| General Electric CF6 turbofan | Meretase | 11,700 | 115,000 |
| Mõne suurema raketimootori eriline impulss ja efektiivne heitgaasi kiirus. | |||
Üksused
| Spetsiifiline impulss | Spetsiifiline impulss | Efektiivne heitgaasi kiirus | Spetsiifiline kütusekulu | |
| SI | =X sekundit | =9,8066 X N-s/kg | =9,8066 X m/s | =(101,972/X) g/kN-s |
| Inglise keele üksused | =X sekundit | =X lbf-s/lb | =32,16 X ft/s | =(3600/X) lb/lbf-h |
| Inglise ja SI (metriline süsteem) mõõtühikud erinevate rakettmootorite jõudluse mõõtmiseks. | ||||
Kõige tavalisem viis konkreetse impulsi mõõtmiseks on tänapäeval sekundite kasutamine. Seda kasutatakse nii SI-maailmas (metriline süsteem) kui ka seal, kus kasutatakse ingliskeelseid ühikuid. Nii on ühikud kõikjal ühesugused. See tähendab, et spetsiifilist impulssi saab kasutada mootori jõudluse võrdlemiseks igas riigis. Enamik raketi- või reaktiivmootoreid tootvaid ettevõtteid kasutab sekundit, et reklaamida oma toote jõudlust.
Teine levinud viis mõõta spetsiifilist impulssi on meetrites sekundis (m/s), mida nimetatakse ka efektiivseks heitgaasi kiiruseks. Paljude mootorite puhul erineb efektiivne heitgaasi kiirus kiirusest, millega gaasid tegelikult düüsist väljuvad.
Seotud leheküljed
- Reaktiivmootor
- Impulss (füüsika) - impulsi muutus
Küsimused ja vastused
K: Mis on konkreetne impulss?
V: Spetsiifiline impulss (sageli lühendatult Isp) on viis kirjeldada, kui hästi töötab raketi või reaktiivmootor. Seda saab kasutada eri suurusega rakettide võrdlemiseks ja mootori poolt iga kütusekoguse kohta tehtava jõu mõõtmiseks.
K: Kuidas mõõdetakse spetsiifilist impulssi?
V: Spetsiifilist impulssi mõõdetakse, teades, kui palju kütust mootoris on, ja arvutades, kui palju jõudu see mootor selle kütusekoguse kohta toodab.
K: Mida tähendab kõrge erimulss?
V: Kõrge erimulss tähendab, et rakett vajab sama hästi toimimiseks vähem kütust, seega kasutab ta kütust tõhusamalt kui rakett, mille erimulss on väiksem.
K: Kuidas saame kasutada spetsiifilist impulssi mootorite võrdlemiseks?
V: Spetsiifilist impulssi saab kasutada samamoodi nagu miili galloni kohta või liitrit 100 kilomeetri kohta, mida kasutatakse autode võrdlemiseks, võimaldades meil võrrelda raketi- või reaktiivmootoreid nende tõhususe alusel.
K: Kas suurem eriimpulss tähendab, et mootor on "võimsam"?
V: Ei, suurem eriimpulss ei tähenda tingimata, et mootor on "võimsam". Tegelikult on kõrgeima eriimpulssiga mootorite konstruktsioonid kiirendusvõimsuse poolest tavaliselt kõige nõrgemad.
K: Kuidas võistlevad kaks erineva mootoriga, kuid sama kütusekogusega raketti omavahel?
V: Kahe sama kütusekogusega ja kahe erineva mootoriga raketi vahelises võidusõidus läheb võimsama mootoriga rakett varakult juhtima, kuid kui ta põletab kogu oma kütuse ära, jääb kõrgema spetsiifilise impulssiga raketil veel veidi kütust alles ja ta jätkab kiirendamist, kuni lõpuks oma vastaskandidaadist möödub, kui on piisavalt kaugust, et kasutada oma pikaajalist eelist.
