Erityinen impulssi

Erityinen vauhtia rakettimoottorin on muutos vauhtia kohti ulos massa (palokaasut tai tukevat massaa ). Spesifinen impulssi kasvaa ulosvedetyn massan todellisen poistumisnopeuden myötä. Se on tärkeä taajuusmuuttajan tai polttoaineen parametri moottorin koosta riippumatta. ${\ displaystyle I _ {\ mathrm {sp}}}$

Spesifisen impulssin yksikkö on metriä sekunnissa (m / s), sama kuin nopeus . Rakettimoottoreiden tapauksessa on tapana poiketa tästä kuvata massa sen painona normaalissa putoamiskiihdytyksessä , jolloin (paino) ominaisimpulssi näkyy yksikössä s. Tässä yksikössä annettu erityinen impulssi voidaan muuntaa SI-yhteensopivaksi arvoksi kertomalla se kiihtyvyydellä noin 9,806 m / s ^{2: n} painovoiman vuoksi .

määritelmä

Erityinen impulssi on

${\ displaystyle I _ {\ mathrm {sp}} = {\ frac {\ mathrm {d} p} {\ mathrm {d} m}} = {\ frac {\ dot {p}} {\ dot {m} }} = {\ frac {F} {\ piste {m}}}}$

kanssa vauhtia ja poistetun massan Pisteet seistä , aika johdannainen. niin on massan läpäisykyky . Tuloksena olevaa momentin muutosnopeutta , voimaa , kutsutaan työntövoimaksi . Koska impulssilla on mitan massa kertaa nopeus ja massa purkautuu, SI-mukainen yksikkö on m / s, imperial ft / s. ${\ displaystyle p}$${\ displaystyle m.}$${\ displaystyle {\ tfrac {\ mathrm {d}} {\ mathrm {d} t}}}$${\ displaystyle {\ piste {m}}}$${\ displaystyle {\ piste {p}}}$ ${\ displaystyle F}$${\ displaystyle I _ {\ mathrm {sp}}}$

Jakamalla tietty momentti painovoimasta johtuvalle standardikiihtyvyydelle saadaan fyysinen määrä suuruustyyppisestä ajasta ( ). ${\ displaystyle g_ {0}}$${\ displaystyle I _ {\ mathrm {sp}} / g_ {0}}$

Esimerkkejä moottoreiden arvoista

Kemiallisen rakettimoottorin ominaisimpulssi määräytyy poistumisnopeuden perusteella (määritetään reaktion entalpian ja polttoaineen tiheyden , lämpötilan nousun tai saavutetun reaktionopeuden, suunnittelun ja palamisen täydellisyyden perusteella). Suurimmat ominaisimpulssit nykyisin käytetyissä polttoaineyhdistelmissä saavutetaan vedyllä + hapella ja vedyllä + fluorilla. Suurin kokeellisesti saavutettu arvo on noin 4600 m / s ( RL-10B2 ja Vinci-moottori ).

Ionipotkurit käyttävät sähkökenttiä ionien kiihdyttämiseen. Tätä tarkoitusta varten työväliaine ionisoidaan. Käytetystä jännitteestä riippuen ioneja voidaan kiihdyttää erittäin suuriin nopeuksiin, teoriassa melkein valonopeuteen saakka. Saatavilla olevien ionipotkurien spesifiset impulssit ovat 30--40 km / s, ja ESA: n kaksivaiheinen 4-ruudukkoinen ionikäyttö (DS4G) saavutti ominaisimpulssin 210 km / s.

sovellus

Rakettimoottorin erityinen momentti riippuu ympäristön paineesta. Rakentaminen Laval-suuttimen on optimoitu varten erityistä lopullista paine. Ylemmillä luokilla kehitetään korkein ominaisimpulssi tyhjiössä. Maasta lähdettäessä suurin saavutettavissa oleva ominaisimpulssi on 10-15 prosenttia pienempi ilmanpaineen takia, koska et voi laajentua alle noin 40 prosenttiin ulkoisesta paineesta alemmissa vaiheissa. Muuten normaalisti käytetyt kellosuuttimet johtavat virtauksen katkeamiseen ( Summerfield-kriteeri ). Vaihtoehto, joka toimii yhtä tehokkaasti sekä ilmassa ja tyhjiössä on aerospike moottori.

Koska massakohtainen impulssi edustaa kaasujen todellista ulosvirtausnopeutta SI-yksiköissä, raketin lopullinen nopeus voidaan laskea Ziolkowskin rakettien perusyhtälöstä sekä koko ja tyhjän massan kanssa .

Tilavuuskohtainen impulssi on tärkeä myös ilmakehässä käytetyille raketeille sekä sotilasraketeille, jotka on sijoitettava siiloon tai mahdollisimman pieneen kuljetusastiaan , koska sitten halutaan rakentaa kompakti kuin mahdollista, ts. alhaisella ilmanvastuksella. Se muodostetaan kertomalla ominaisimpulssi polttoaineen tiheydellä : ${\ displaystyle V _ {\ mathrm {Isp}}}$${\ displaystyle \ rho}$

${\ displaystyle V _ {\ mathrm {Isp}} = \ rho I _ {\ mathrm {sp}}}$

Esimerkiksi typpitetroksidin ja hydratsiinimuunnelmien yhdistelmän spesifinen impulssi on jonkin verran pienempi kuin nestemäisen hapen ja kerosiinin . Tiheys on kuitenkin suurempi, joten saat pienemmän ohjuksen.

nettilinkit

• Kaksoisvaiheen propulsiovoiman ruudukko (DS4G) ( Memento 27. helmikuuta 2014 Internet-arkistossa )
• RL-10-ominaisuudet (Rocketdyne) ( Memento 10. helmikuuta 2010 Internet-arkistossa )
• Erityiset impulssit . NASA Glenn -tutkimuskeskus

Yksittäiset todisteet

1. ↑ Emma Young: Uusi erittäin voimakas ionimoottori paljastettu. Uusi tutkija, 18. tammikuuta 2006, käyty 18. marraskuuta 2013 .