AlegsaOnline.com

Impulsul specific

Autor: Leandro Alegsa

07-11-2021

Impulsul specific (adesea prescurtat I_sp ) este o modalitate de a descrie cât de bine funcționează o rachetă. Este, de asemenea, utilizat pentru a descrie cât de bine funcționează un motor cu reacție. Poate fi utilizat pentru a compara rachete de dimensiuni diferite. Este o modalitate de a ști câtă forță produce un anumit motor pentru fiecare bucată de combustibil. Pentru a face acest lucru, trebuie să se știe cât de mult combustibil se află în motor. Un impuls specific ridicat înseamnă că o rachetă are nevoie de mai puțin combustibil pentru a funcționa la fel de bine. Dacă impulsul specific este mai mic, înseamnă că racheta are nevoie de mai mult combustibil pentru a funcționa la fel de bine.

Impulsul specific este o valoare utilă pentru a compara motoarele de rachetă sau cu reacție. Se utilizează la fel cum se utilizează milele pe galon sau litri la 100 de kilometri pentru a compara mașinile. Un motor cu un impuls specific mai mare utilizează mai bine combustibilul. Aceasta înseamnă că aceeași cantitate de combustibil permite rachetei să meargă mai repede după ce tot combustibilul este epuizat.

Un motor de rachetă cu un impuls specific mai mare nu înseamnă că este "mai puternic". Adică, nu va face racheta să accelereze mai tare. De fapt, modelele de motoare cu cel mai mare impuls specific, cum ar fi motoarele ionice, sunt cele mai "slabe" dintre toate tipurile de motoare. Acestea accelerează racheta încet, dar constant, pe o perioadă lungă de timp, folosind doar o cantitate infimă de combustibil. Într-o cursă între două rachete cu aceeași cantitate de combustibil și două motoare diferite, cea cu motorul cel mai puternic va prelua un avans timpuriu, dar când își va consuma tot combustibilul, racheta cu impuls specific mai mare va mai avea încă ceva combustibil și va continua să accelereze. În cele din urmă, aceasta își va depăși omologul și va câștiga cursa dacă distanța este suficient de mare pentru a-și folosi avantajul pe termen lung.

O figură care arată forța exercitată de un motor de rachetă Estes A10-PT pe parcursul a aproximativ 1 secundă. Există, de asemenea, informații privind impulsul, cantitatea de combustibil și impulsul specific.

Măsurători

Există două moduri în care oamenii găsesc numărul pentru impulsuri specifice. Pentru a afla impulsul specific, se împarte impulsul la cantitatea de combustibil. Impulsul este o măsură a forței pe care o produce un motor de rachetă și pentru cât timp. Un motor care produce o forță mică pentru o perioadă lungă de timp poate avea uneori un impuls mai mare decât un motor care produce o forță mare pentru o perioadă scurtă de timp. Impulsul se măsoară în newtoni înmulțit cu secunde (N*s).

Cantitatea de combustibil utilizată pentru a găsi impulsul specific poate fi măsurată în diferite moduri. Uneori se măsoară în masă, alteori în greutate. Atunci când cantitatea de combustibil este măsurată în masă, impulsul specific este exprimat ca viteză. Aceasta este de obicei exprimată în metri pe secundă. Atunci când impulsul specific este măsurat ca viteză, acesta are un alt nume. Se mai numește și viteza efectivă de evacuare. Celălalt mod de a măsura cantitatea de combustibil este greutatea. Dacă se utilizează greutatea, impulsul specific este exprimat în unități de timp, de obicei în secunde. Aceste două moduri sunt ambele comune. Ambele compară performanțele motoarelor.

Atunci când impulsul specific este mai mare, este nevoie de mai puțin combustibil pentru ca racheta să funcționeze la un anumit nivel. Așadar, un combustibil este mai eficient dacă impulsul specific este mai mare.

Aveți grijă să nu confundați impulsul și impulsul specific. Impulsul reprezintă doar forța exercitată de o rachetă la un moment dat. Impulsul specific este o măsură a forței în funcție de cantitatea de combustibil existentă.

Atunci când oamenii găsesc impulsul specific, singurul combustibil luat în calcul este cel din rachetă înainte de a fi lansată. Acesta include combustibilul și oxidantul (partea din combustibil care ajută combustibilul să ardă). Oxidantul este uneori oxigenul, sau adesea altceva (a se vedea Motorul de rachetă#Lichide, solide și hibride).

Exemple

Impulsul specific al diferitelor moduri de a împinge o rachetă
Motor	Viteza efectivă de evacuare (m/s, kg-m/s/kg)	Impulsul (impulsurile) specific(e)	Energie pe kg de gaz de eșapament (MJ/kg)
Motor cu reacție Turbofan (V real este ~300)	29,000	3,000	~0.05
Rachetă cu combustibil solid	2,500	250	3
Rachetă cu combustibil lichid	4,400	450	9.7
Propulsor ionic	29,000	3,000	430
Etapă dublă cu patru grile de propulsie ionică electrostatică	210,000	21,400	22,500
VASIMR	30,000-120,000	3,000-12,000	1,400

Motoarele cu reacție (pentru avioane) utilizează combustibilul mai bine decât motoarele pentru rachete. Acest lucru se datorează faptului că gazele nu scapă la fel de repede. Deoarece nu scapă la fel de repede, gazele de eșapament nu transportă atât de multă energie. Acest lucru înseamnă că motorul cu reacție folosește mult mai puțină energie pentru a împinge jetul. De asemenea, deoarece aerul care trece prin motor în timp ce jetul zboară prin aer ajută combustibilul să ardă mai repede.

Rachete model

Impulsul specific este, de asemenea, utilizat pentru a descrie cât de bine funcționează motoarele de rachetă pentru modele. În tabelul de mai jos sunt prezentate câteva dintre valorile declarate de Estes pentru impulsurile specifice pentru câteva dintre motoarele lor de rachetă: Estes Industries este un mare și cunoscut vânzător american de modele de rachete și piese de rachete. Impulsul specific pentru modelele de motoare de rachete este mult mai mic decât pentru multe alte motoare de rachete, deoarece pulberea neagră este folosită ca și combustibil. Pulberea neagră este utilizată în motoarele pentru modele de rachete deoarece costă mai puțin.

Motor	Impulsul total (Ns)	Greutatea combustibilului (N)	Impulsul specific (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
Impulsuri specifice pentru mai multe motoare de rachetă Estes.

Motoare de rachetă mai mari

Iată câteva exemple de cifre pentru motoare de rachetă mai mari:

Tipul de motor	Exemplu de utilizare	Impulsul specific (s)	Viteza efectivă de evacuare (m/s)
Motor de rachetă NK-33	Vacuum	331	3,240
Motorul-rachetă SSME	Vidul navetei spațiale	453	4,423
Ramjet	Mach 1	800	7,877
J-58 turbojet	SR-71 la Mach 3.2 (umed)	1,900	18,587
Rolls-Royce/Snecma Olympus 593	Croazieră Concorde Mach 2 (uscat)	3,012	29,553
turbosuflante CF6-80C2B1F	Boeing 747-400 de croazieră	5,950	58,400
General Electric CF6 turbofan	Nivelul mării	11,700	115,000
Impulsul specific și viteza efectivă a gazelor de eșapament pentru câteva motoare de rachetă mai mari.

Unități

	Impulsul specific (în greutate)	Impulsul specific (în funcție de masă)	Viteza efectivă de evacuare	Consumul specific de combustibil
SI	=X secunde	=9,8066 X N-s/kg	=9,8066 X m/s	=(101,972/X) g/kN-s
Unități în limba engleză	=X secunde	=X lbf-s/lb	=32.16 X ft/s	=(3,600/X) lb/lbf-h
Unități englezești și SI (sistem metric) pentru diferite măsurători ale performanțelor motoarelor de rachetă.

Cel mai frecvent mod de măsurare a impulsului specific în prezent utilizează secundele. Acesta este utilizat atât în lumea SI (sistem metric), cât și acolo unde se folosesc unități englezești. În acest fel, unitățile sunt identice peste tot. Acest lucru înseamnă că impulsul specific poate fi utilizat pentru a compara performanța motorului în orice țară. Cele mai multe companii care produc motoare de rachetă sau motoare cu reacție folosesc secundele pentru a face publicitate la performanțele produselor lor.

Celălalt mod obișnuit de măsurare a impulsului specific este în metri pe secundă (m/s), care se mai numește și viteza efectivă de evacuare. Pentru multe motoare, viteza efectivă de evacuare este diferită de viteza cu care gazele ies efectiv din ajutaj.

Pagini conexe

Motor cu reacție
Impuls (fizică) - modificarea impulsului

Întrebări și răspunsuri

Î: Ce este impulsul specific?

R: Impulsul specific (adesea prescurtat Isp) este un mod de a descrie cât de bine funcționează o rachetă sau un motor cu reacție. Acesta poate fi utilizat pentru a compara rachete de diferite dimensiuni și pentru a măsura cantitatea de forță pe care un motor o produce pentru fiecare bucată de combustibil.

Î: Cum se măsoară impulsul specific?

R: Impulsul specific se măsoară prin cunoașterea cantității de combustibil din motor și prin calcularea forței pe care o produce pentru acea cantitate de combustibil.

Î: Ce înseamnă un impuls specific ridicat?

R: Un impuls specific ridicat înseamnă că o rachetă are nevoie de mai puțin combustibil pentru a funcționa la fel de bine, astfel încât utilizează combustibilul mai eficient decât una cu un impuls specific mai mic.

Î: Cum putem folosi impulsul specific pentru a compara motoarele?

R: Impulsul specific poate fi utilizat în același mod în care se utilizează milele pe galon sau litri la 100 de kilometri pentru a compara automobilele, permițându-ne să comparăm motoare de rachete sau de avioane cu reacție pe baza eficienței lor.

Î: Faptul că un motor are un impuls specific mai mare înseamnă că este "mai puternic"?

R: Nu, un impuls specific mai mare nu înseamnă neapărat că un motor este "mai puternic". De fapt, modelele de motoare cu cele mai mari impulsuri specifice sunt, de obicei, cele mai slabe din punct de vedere al puterii de accelerare.

Î: Cum se pot întrece două rachete cu motoare diferite, dar cu aceeași cantitate de combustibil?

R: Într-o cursă între două rachete cu aceeași cantitate de combustibil și două motoare diferite, cea cu motorul mai puternic va prelua un avans timpuriu, dar când își va consuma tot combustibilul, racheta cu impuls specific mai mare va mai avea încă ceva combustibil și va continua să accelereze până când își va depăși în cele din urmă omologul, dacă există o distanță suficientă pentru ca acesta să își folosească avantajul pe termen lung.