Specifik impuls

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 31 maj 2021; kontroller kräver 11 redigeringar .

Specifik impuls ( specifik dragkraft), specifik impuls av motorn, volymetrisk specifik impuls för motorn [1] - ett antal ekvivalenta, som skiljer sig med en konstant, indikatorer på effektiviteten hos en jetmotor i kombination med det använda raketbränslet (bränsle par, arbetsvätska). Det finns ingen tydlig terminologisk uppdelning av dessa begrepp, vilket kan leda till förvirring.

Termerna "specifik impuls" och "specifik drivkraft" definierar samma värde från olika vinklar: specifik impuls är förhållandet mellan andelen av impulsen som skapas av motorn och den relativa vikten av den förbrukade andelen bränsle vid havsnivån, mätt i sekunder; specifik dragkraft är förhållandet mellan motorns dragkraft och konventionell vikt (vid havsnivån) bränsleförbrukning, mätt i sekunder [2] . Eftersom, med denna definition, dragkraft mäts i kilogram kraft (kgf) och förbrukningen av arbetsvätskan mäts i kilogram vikt per sekund (kgf / s), kommer enheten för specifik impuls att vara i sekunder kgf / (kgf / s) \u003d s. Uttrycket av en specifik impuls på sekunder är vanligt förekommande i traditionell vetenskaplig och teknisk litteratur.

Den specifika impulsen (dragkraften) för en motor i SI är förhållandet mellan motorns dragkraft, uttryckt i newton (N) och massbränsleförbrukningen , mätt i kilogram massa per sekund (kg/s), så enheten för specifik impuls kommer att vara meter per sekund: N / (kg / s) \u003d kg m / s 2 / (kg / s) \u003d m / s. Motorns specifika impuls motsvarar den effektiva hastighet med vilken motorn sprutar ut arbetsvätskan, förutsatt att hela arbetsvätskan sprutas ut strikt mot dragkraftsvektorn med samma hastighet, och det finns ingen interaktion med atmosfären genom tryckskillnaden med munstyckets utgång. Eftersom ett kilogram kraft är g gånger större än en newton (g är standardaccelerationen för fritt fall vid havsnivån), är den specifika impulsen, uttryckt i m/s, numeriskt större än den specifika impulsen, uttryckt i sekunder, med ungefär 9,81 gånger.

Den volymetriska specifika impulsen för en motor är förhållandet mellan motorns dragkraft och volymetrisk bränsleförbrukning, mätt i . Förhållandet mellan motorns volymetriska specifika impuls och motorns specifika impuls är lika med bränslets densitet . ${\text{kg}}/({\text{m}}^{2}{\text{s)))$

Definitioner

Den specifika impulsen (specifik drivkraft) är per definition lika med:

{\displaystyle P_{\text{y}}={\frac {v_{a{\text{ef}}}{\text{d}}m_{\text{m}}}{g_{0}{\ text{d}}m_{\text{t))))={\frac {P}({\dot {m}}_{\text{t}}g_{0}}}={\frac {J_ {\text{y))}{g_{0))))

var

${\displaystyle v_{a{\text{eff))))$ är den effektiva hastigheten för arbetsvätskans utandning, m/s;
$P$ — motorkraft, N;
$g_{o}$ är det fria fallaccelerationen vid havsnivån, ; ${\text{m}}/{\text{c}}^{2}$
${\dot {m}}={\text{d}}m/{\text{d}}t$ — Massbränsleförbrukning, kg/s.

Den specifika impulsen hos en motor är per definition,

J_{\text{y}}={\frac {P}{{\dot {m}}_{\text{m}}}}=v_{a{\text{ef}}}

Den volymetriska specifika impulsen för en motor är per definition lika med

$J_{\text{yV}}={\frac {P}({\dot {V}}_{\text{t}}}}=J_{\text{y}}\rho$

var är bränsletätheten, [3] . $\rho$ ${\text{m}}/{\text{c}}^{2}$

I definitionerna ovan antas motorkraften vara verklig under de förhållanden för vilka dessa värden bestäms. Beroende på omgivningstrycket skiljer sig motorns dragkraft från den beräknade genom förhållandet $P$

$P=P_{0}+(p_{a}-p)S$

var

${\displaystyle P_{0))$ är motorns beräknade dragkraft när trycket vid munstyckets utlopp sammanfaller med trycket från den omgivande gasen, N;
$p_{a}$ är trycket vid munstyckets utgångssektion, Pa;
$p$ är trycket från den ostörda miljön, Pa;
$S$ är området för munstyckets utloppssektion, . ${\text{m}}^{2}$

Således uttrycks den bestämda specifika impulsen för motorn genom den beräknade dragkraften som

$J_{\text{y}}={\frac {P_{0}}{{\dot {m}}_{\text{t}}}}+{\frac {(p_{a}- p)S}{{\dot {m}}_{\text{m}}}}=v_{a}+{\frac {(p_{a}-p)S}{{\dot {m}} _{\text{t}}}}}$

där är den beräknade specifika impulsen för motorn, lika med hastigheten för utstötning av arbetsvätskan från motorn. Det ungefärliga värdet av denna hastighet för motorer som använder en gasformig arbetsvätska bestäms av uttrycket, populärt känt som "Y-formeln": $v_{a}$

$v_{a}={\sqrt {{\frac {2\gamma }{\gamma -1}}RT_{\text{oc}}\left[1-\left({\frac {p_{a }}{p_{\text{os}}}}\right)^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}\right]}}),$ [fyra]

var

$\gamma$ är det adiabatiska indexet för förbränningsprodukterna;
$R$ — individuell gaskonstant, J/(K·kg);
$T_{\text{os))$ , är gasens temperatur och tryck vid inloppet till den konvergerande delen av munstycket, K och Pa. $p_{\text{os))$

Jämförelse av effektiviteten hos olika typer av motorer

Den specifika impulsen är en viktig parameter hos motorn som kännetecknar dess effektivitet. Detta värde är inte direkt relaterat till bränslets energieffektivitet och motorns dragkraft, till exempel har jonmotorer en mycket låg dragkraft, men på grund av sin höga specifika impuls används de som växlingsmotorer inom rymdteknik.

För luftjetmotorer (WJ) är värdet på den specifika impulsen en storleksordning högre än för kemiska raketmotorer på grund av att oxidationsmedlet och arbetsvätskan kommer från miljön och deras förbrukning inte tas med i formeln för beräkning av impulsen, i vilken endast massförbrukningen av bränsle visas . Användningen av miljön i höga hastigheter orsakar dock degenerering av vattendragsvatten - deras specifika impuls minskar med ökande hastighet. Värdet som anges i tabellen motsvarar subsoniska hastigheter.

Det givna värdet för den specifika impulsen för raketmotorer med flytande drivmedel (LRE) motsvarar effektivitetsindikatorerna för modernt syre - väte LRE i vakuum. Det högsta värdet som någonsin demonstrerats i praktiken erhölls med ett trekomponents litium / väte / fluorschema och är 542 sekunder (5320 m/s), men det hittades inte praktiskt på grund av tekniska svårigheter [5] [6] .

Typisk specifik impuls för olika typer av motorer

Motor	Motorspecifik impuls	Specifik dragkraft
Motor	Fröken	Med
Gasturbin jetmotor	30 000 (oxidationsmedel och arbetsvätska tas från miljön)	3000
Raketmotor med fast drivmedel	2650	270
Raketmotor för flytande drivmedel	4600	470
Elektrisk raketmotor	10 000–100 000 [7]	1 000–10 000
jonmotor	30 000	3000
Plasmamotor	290 000	30 000

Se även

Tsiolkovskys formel
Specifika impulsvärden vid användning av hydrazin

Anteckningar

Kommentarer

$I_{y}={\sqrt {16\,641\cdot {\frac {T_{\text{k))}{uM}}\cdot \left(1-{\frac {p_{\text {a}}}{p_{\text{k}}}}M\right))),$

där: M är medelmolekylvikten för förbränningsprodukter uttryckt i g/mol, en sådan formel kan inte vara korrekt.

Använd litteratur och källor

↑ GOST 17655-89. Flytande raketmotorer. Termer och definitioner . Hämtad 25 maj 2020. Arkiverad från originalet 18 september 2018. (obestämd)
↑ Feodosyev V.I. Fundamentals of raket flight technology . - Moskva: "Nauka", 1979. - S. 24. - 496 sid.
↑ Alemasov V. E., Dregalin A. F., Tishin A. P. Theory of raketmotorer / Ed. acad. V. P. Glushko. - 3:e uppl. - M . : Mashinostroenie, 1980. - S. 16-23. Arkiverad 21 juni 2021 på Wayback Machine
↑ A.A. Gurtova, A.V. Ivanov, G.I. Skomorokhov, D.P. Shmatov. BERÄKNING OCH DESIGN AV LRE ENHETER . - Voronezh: Voronezh State Technical University, 2016. - S. 45. - 168 s. Arkiverad 2 januari 2022 på Wayback Machine
↑ ARBIT, HA, CLAPP, SD, DICKERSON, RA, NAGAI, CK, Förbränningsegenskaper hos kombinationen fluor-litium/väte tripropellant. AMERICAN INST OF AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS, PROPULSION JOINT SPECIALIST CONFERENCE, 4TH, CLEVELAND, OHIO, 10-14 juni 1968. (engelska)
↑ Litium-fluor-väte tripropellant-studie Arkiverad 15 maj 2010 på Wayback Machine , ARBIT, HA, et al., Rocketdine , NASA , 1968
↑ Elektrisk raketmotor - artikel från Great Soviet Encyclopedia .

Länkar

Tom Benson, Specific Impulse / The Beginner's Guide to Aeronautics // Glenn Research Center, NASA
Spakovszky ZS 14.1 Thrust and Specific Impulse for Rockets / 16.Unified: Thermodynamics and Propulsion // MIT, 2006 (eng.)
GOST 17655-89. Flytande raketmotorer. Termer och definitioner .