Eriimpulss (SP) mõõdab, kui tõhus alt rakett või mootor kütust kasutab. Definitsiooni järgi on see kogu liigpinge tarbitud võimsusühiku kohta ja on oma suuruselt võrdne tekitatud tõukejõu jagatuna massivooluga. Kui raketikütuse ühikuna kasutatakse kilogrammi, mõõdetakse spetsiifilist impulssi kiiruse järgi. Kui selle asemel kasutatakse massi njuutonites või jõunaelates, väljendatakse konkreetset väärtust ajas, enamasti sekundites.
Voolukiiruse korrutamine standardse raskusjõuga muudab GI massiks.
Tsiolkovski võrrand
Suurema massiga mootori spetsiifilist impulssi kasutatakse tõhusam alt edasisuunalise tõukejõu tekitamiseks. Ja kui kasutatakse raketti, on vaja vähem kütust. Just teda on selle delta-v jaoks vaja. Vastav alt võrrandileTsiolkovski, rakettmootori spetsiifilise impulsi korral on mootor efektiivsem nii ronimisel, vahemaa läbimisel kui ka kiirusel. Reaktiivsete mudelite puhul on see jõudlus vähem oluline. Mis kasutavad põlemiseks tiibu ja välisõhku. Ja kandke kasulikku koormat, mis on palju raskem kui kütus.
Spetsiifiline impulss hõlmab liikumist, mille tekitab põlemisel kasutatud ja kasutatud tuumkütuse poolt ammendatud välisõhk. Reaktiivmootorid kasutavad selleks välist atmosfääri. Ja seetõttu on neil palju kõrgem kasutajaliides kui rakettmootoritel. Sellel kontseptsioonil on tarbitud kütuse massi seisukoh alt vahemaa mõõtühikud ajas. Mis on kunstlik väärtus, mida nimetatakse "efektiivseks heitgaasikiiruseks". See on suurem kui tegelik väljalaskekiirus. Kuna põlemisõhu massi ei võeta arvesse. Tegelik ja efektiivne heitgaasikiirus on samad rakettmootoritel, mis ei kasuta näiteks õhku ega vett.
Üldised kaalutlused
Kütuse kogust mõõdetakse tavaliselt massiühikutes. Kui seda kasutatakse, on eriimpulss impulss EM-i kohta, millel, nagu näitab suurusanalüüs, on kiirusühikud. Ja nii mõõdetakse kasutajaliidest sageli meetrites sekundis. Ja sageli nimetatakse seda väljalaske efektiivseks kiiruseks. Kui aga kasutada massi, osutub kütuse eriimpulss jagatud jõuga ajaühikuks. Nii mõõdetakse konkreetseid tõukeid sekundites.
Just see reegel on tänapäeva maailmas peamine, mida kasutatakse laialdaseltkoefitsient r0 (gravitatsioonikiirenduse konstant Maa pinnal).
Väärib märkimist, et raketi impulsi (sealhulgas kütuse) muutumise kiirus ajaühiku kohta on võrdne konkreetse tõukejõu impulsiga.
Eriandmed
Mida suurem on tõuge, seda vähem on kütust vaja teatud aja jooksul antud tõukejõu tekitamiseks. Sellega seoses on vedelik tõhusam, mida suurem on selle kasutajaliides. Seda ei tohiks aga segi ajada energiatõhususega, mis võib tõukejõu suurenedes väheneda, kuna mootori eriimpulss, mis annab kõrgeid tulemusi, nõuab selleks palju energiat.
Samuti on oluline eristada ja mitte segi ajada tõmmet konkreetse tõukega. Kasutajaliides luuakse tarbitud kütuseühiku kohta. Ja tõukejõud on hetkeline või tippjõud, mille konkreetne seade tekitab. Paljudel juhtudel tekitavad väga suure spetsiifilise impulsi tõukejõusüsteemid – mõned ioonipaigaldised ulatuvad 10 000 sekundini – madala tõukejõu.
Lõhkumise arvutamisel võetakse arvesse ainult kütust, mis enne kasutamist sõidukiga kaasas on. Seetõttu sisaldab raketikeemiku jaoks mass nii raketikütust kui ka oksüdeerijat. Õhkõhuga mootorite puhul võetakse arvesse ainult vedeliku kogust, mitte mootorit läbiva õhu massi.
Atmosfääritakistus ja jaama võimetus säilitada kõrget eriimpulssi suure põlemiskiiruse juures on just põhjus, miks kogu kütust ei kasutata ära nii kiiresti kui võimalik.
Raskemhea rikkeindikaatoriga mootor ei pruugi olla tõusu, vahemaa või kiiruse osas nii tõhus kui halva jõudlusega kerge instrument
Kui poleks õhutakistust ja vähendatud kütusekulu lennu ajal, oleks rikkeindikaator otsene mõõt mootori efektiivsuse kohta massi muundamisel edasiliikumiseks.
Konkreetne impulss sekundites
Kõige tavalisem ühik konkreetse tõuke jaoks on Hs. Nii SI kontekstis kui ka juhtudel, kui kasutatakse keiserlikke või kokkuleppelisi väärtusi. Sekundite eeliseks on see, et mõõtühik ja arvväärtus on kõigi süsteemide puhul samad ja oma olemuselt universaalsed. Peaaegu kõik tootjad loetlevad oma mootori jõudluse sekundites. Ja selline seade on kasulik ka lennuki seadme eripärade määramisel.
Üsna levinud on ka meetrite sekundis kasutamine efektiivse väljalaskekiiruse leidmiseks. See plokk on rakettmootorite kirjeldamisel intuitiivne, kuigi seadmete efektiivne väljalaskekiirus võib tegelikust oluliselt erineda. Tõenäoliselt on see tingitud sellest, et kütus ja oksüdeerija visatakse pärast turbopumpade sisselülitamist üle parda. Õhku hingavate reaktiivmootorite puhul ei ole efektiivsel väljalaskekiirusel füüsilist tähendust. Kuigi seda võib kasutada võrdluse eesmärgil.
Ühikud
Väärtused, mida väljendatakse Ns (kilogrammides), ei ole haruldased ja on arvuliselt võrdsed efektiivse heitgaasikiirusega m/s (Newtoni teisest seadusest ja temamääratlused).
Teine samaväärne ühik on kütuse erikulu. Sellel on mõõtühikud, näiteks g (kN s) või naela tunnis. Ükskõik milline neist ühikutest on pöördvõrdeline konkreetse impulsiga. Ja kütusekulu kasutatakse laialdaselt reaktiivmootorite jõudluse kirjeldamiseks.
Üldmääratlus
Kõigi sõidukite puhul saab eriimpulsi (tõuke kütuse massiühiku kohta Maal) sekundites määrata järgmise võrrandiga.
Olukorra selgitamiseks on oluline selgitada, et:
- F on standardne gravitatsioonijõud, mis on nominaalselt väljendatud võimsusena Maa pinnal, m/s 2 (või ft/s ruudus).
- g on massivoolukiirus kilogrammides/s, mis tundub negatiivne sõiduki massi aja jooksul muutumise kiiruse suhtes (kütuse väljasurumisel).
Mõõtmine
Inglise ühikut naela kasutatakse sagedamini kui teisi ühikuid. Ja ka seda väärtust sekundis voolukiirusele rakendades, muutub konstant r 0 teisendamisel tarbetuks. Kuna see muutub mõõtmetelt samaväärseks naelad jagatud g-ga 0.
I sp sekundites on aeg, mille jooksul seade suudab tekitada raketimootori konkreetse tõukejõu impulsi, arvestades raketikütuse kogust, mille kaal on võrdne tõukejõuga.
Selle sõnastuse eeliseks on see, et seda saab kasutadarakettidele, kus kogu reaktsioonimass veetakse pardale, samuti lennukitele, kus suurem osa reaktsioonimassist võetakse atmosfäärist. Samuti annab see kasutatud ühikutest sõltumatu tulemuse.
Eriimpulss kui kiirus (efektiivne väljalaskekiirus)
Võrrandis oleva geotsentrilise teguri g 0 tõttu eelistavad paljud raketi tõukejõudu (eelkõige) määratleda tõukejõuna kütusevoolu massiühiku kohta. See on sama kehtiv (ja mõnes mõttes mõnevõrra lihtsam) viis raketikütuse spetsiifilise impulsi efektiivsuse määramiseks. Kui kaalume muid võimalusi, on olukord peaaegu kõikjal sama. Teatud spetsiifilise impulsiga raketid on lihts alt efektiivne väljalaskekiirus seadme suhtes. Konkreetse tõuke kaks atribuuti on üksteisega võrdelised ja on seotud järgmiselt.
Valemi kasutamiseks peate mõistma järgmist:
- I – konkreetne impulss sekundites.
- v – lükkamine, mõõdetuna m/s. Mis on võrdne heitgaasi efektiivse kiirusega, mõõdetuna m/s (või ft/s, olenev alt g väärtusest).
- g on raskusjõu standard, 9,80665 m/s 2. Imperial ühikutes 32,174 jalga/s 2.
See võrrand kehtib ka reaktiivmootorite kohta, kuid praktikas kasutatakse seda harva.
Pange tähele, et mõnikord kasutatakse erinevaid märke. Näiteks c võetakse arvesse ka heitgaasi kiiruse puhul. Kuigi sümbolsp saab loogiliselt kasutada kasutajaliidese jaoks ühikutes N s/kg. Segaduste vältimiseks on soovitav reserveerida see konkreetse väärtuse jaoks, mõõdetuna sekundites enne kirjelduse algust.
See on seotud raketimootori spetsiifilise impulsi, valemi tõukejõu või liikumisjõuga.
Siin m on massiline kütusekulu, mis on sõiduki võimsuse vähenemise kiirus.
Minimeerimine
Rakett peab kandma kogu raketikütust. Seetõttu tuleb põletamata toidu massi kiirendada koos seadme endaga. Teatud tõukejõu saavutamiseks vajaliku kütusekoguse minimeerimine on tõhusate rakettide ehitamisel ülioluline.
Tsiolkovski spetsiifiline impulsi valem näitab, et antud tühja massi ja teatud kütusekogusega raketi puhul on võimalik saavutada kiiruse kogumuutus võrdeliselt heitgaasi efektiivse kiirusega.
Propellerita kosmoselaev liigub orbiidil, mille määrab tema trajektoor ja mis tahes gravitatsiooniväli. Kõrvalekalded vastavast kiirusmustrist (nn Δv) saavutatakse heitgaasi massi surumisega soovitud muutusele vastupidises suunas.
Tegelik kiirus versus tegelik kiirus
Siin väärib märkimist, et need kaks mõistet võivad oluliselt erineda. Näiteks raketi õhkulaskmisel põhjustab õhurõhk väljaspool mootoritpidurdusjõud. Mis vähendab eriimpulssi ja efektiivne väljalaskekiirus väheneb, samas kui tegelik kiirus jääb praktiliselt muutumatuks. Lisaks on mõnikord rakettmootoritel turbiini gaasi jaoks eraldi otsik. Heitgaasi efektiivse kiiruse arvutamiseks tuleb seejärel arvutada kahe massivoolu keskmistamine ja võtta arvesse mis tahes atmosfäärirõhku.
Tõhususe suurendamine
Õhuga õhuga reaktiivmootorite, eriti turboventilaatorite puhul erinevad tegelik väljalaskekiirus ja efektiivne kiirus mitme suurusjärgu võrra. See on tingitud asjaolust, et õhu kasutamisel reaktsioonimassina saavutatakse märkimisväärne lisaimment. See võimaldab paremini sobitada õhukiirust ja väljalaskekiirust, mis säästab energiat ja kütust. Ja suurendab oluliselt efektiivset komponenti, vähendades samal ajal tegelikku kiirust.
Energiatõhusus
Rakettide ja raketilaadsete mootorite (nt ioonmudelite) puhul tähendab sp madalamat energiatõhusust.
Selles valemis on v e tegelik joa kiirus.
Seega on nõutav jõud võrdeline iga väljalaskekiirusega. Suurematel kiirustel on sama tõukejõu jaoks vaja palju rohkem võimsust, mille tulemuseks on ühe ühiku võrra väiksem energiatõhusus.
Samas sõltub missiooni koguenergia kogu kütusekulust ja ka sellest, kui palju energiat kulub ühiku kohta. Madala väljalaskekiiruse jaoksdelta-v missiooni puhul on vaja tohutul hulgal reaktsioonimassi. Tegelikult ei ole sel põhjusel väga madal väljalaskekiirus energiasäästlik. Kuid selgub, et ühelgi tüübil pole kõrgeimaid punkte.
Muutuja
Teoreetiliselt on antud delta-v ruumis kõigi fikseeritud väljalaskekiiruse väärtuste hulgas ve=0,6275 antud lõppmassi jaoks kõige energiatõhusam. Lisateabe saamiseks vaadake kosmoseaparaadi jõuseadme energiat.
Muutav heitgaasikiirus võib aga olla veelgi energiatõhusam. Näiteks kui raketti kiirendatakse mingil positiivsel algkiirusel, kasutades heitgaasikiirust, mis on võrdne toote kiirusega, ei kao reaktsioonimassi kineetilise komponendina energiat. Kui see jääb paigale.
