Özgül Darbe (SP), bir roketin veya motorun yakıtı ne kadar verimli kullandığının bir ölçüsüdür. Tanım olarak, bu, tüketilen güç birimi başına sağlanan toplam dalgalanmadır ve kütle akışına bölünen üretilen itme kuvvetine eşdeğer boyuttadır. İtici birimi olarak kilogram kullanılıyorsa, özgül darbe hız cinsinden ölçülür. Bunun yerine Newton veya pound-kuvvet cinsinden bir ağırlık kullanılırsa, belirli değer zaman cinsinden, en yaygın olarak saniye cinsinden ifade edilir.
Akış hızının standart yerçekimi ile çarpılması, GI'yi kütleye dönüştürür.
Tsiolkovsky denklemi
Daha yüksek kütleli bir motorun özgül itici gücü, ileri itme kuvveti oluşturmak için daha verimli bir şekilde kullanılır. Ve bir roket kullanıldığında daha az yakıt gerekir. Bu delta-v için ihtiyaç duyulan kişidir. denkleme göreTsiolkovsky, bir roket motorunun özgül dürtüsünde, motor tırmanma, mesafe ve hızda daha verimlidir. Bu performans reaktif modellerde daha az önemlidir. Yanma için kanatları ve dış havayı kullanırlar. Ve yakıttan çok daha ağır bir yük taşıyın.
Belirli dürtü, yanma için kullanılan ve kullanılmış yakıt tarafından tüketilen dış hava tarafından üretilen hareketi içerir. Jet motorları bunun için dış atmosferi kullanır. Ve bu nedenle roket motorlarından çok daha yüksek bir kullanıcı arayüzüne sahipler. Bu kavram, tüketilen yakıt kütlesi açısından, zaman içinde mesafe ölçüm birimlerine sahiptir. Hangi "etkili egzoz gazı hızı" olarak adlandırılan yapay bir değerdir. Bu, gerçek egzoz hızından daha yüksektir. Çünkü yanma için hava kütlesi dikkate alınmaz. Örneğin hava veya su kullanmayan roket motorlarında gerçek ve efektif egzoz hızı aynıdır.
Genel düşünceler
Yakıt miktarı genellikle kütle birimiyle ölçülür. Kullanılırsa, belirli darbe, boyut analizinde gösterildiği gibi hız birimlerine sahip olan EM başına darbedir. Ve böylece kullanıcı arayüzü genellikle saniyede metre cinsinden ölçülür. Ve genellikle egzozun etkin hızı olarak anılır. Bununla birlikte, kütle kullanılırsa, yakıtın özgül impulsunun kuvvete bölünmesiyle bir zaman birimi ortaya çıkar. Ve böylece belirli itmeler saniyelerle ölçülür.
Modern dünyada yaygın olarak kullanılan ana kural bu kuraldır.katsayısı r0 (Dünya yüzeyindeki yerçekimi ivmesinin sabiti).
Roketin itici gücünün (yakıtı dahil) birim zamandaki değişim hızının, belirli itme darbesine eşit olduğunu belirtmekte fayda var.
Özellikler
İtme ne kadar yüksek olursa, belirli bir süre boyunca belirli bir itme kuvveti oluşturmak için o kadar az yakıt gerekir. Bu bağlamda, sıvı daha etkilidir, kullanıcı arayüzü ne kadar büyükse. Ancak bu, artan itme ile azalan enerji verimliliği ile karıştırılmamalıdır, çünkü motorun yüksek sonuçlar veren özgül itkisi bunu yapmak için çok fazla enerji gerektirir.
Ayrıca, çekmeyi belirli bir itme ile karıştırmamak ve ayırt etmek önemlidir. UI, tüketilen yakıt birimi başına oluşturulur. Ve itme, belirli bir cihaz tarafından üretilen anlık veya en yüksek kuvvettir. Çoğu durumda, çok yüksek özgül darbeli tahrik sistemleri (bazı iyon kurulumları 10.000 saniyeye ulaşır) düşük itme gücü üretir.
İtme değeri hesaplanırken sadece kullanımdan önce araçla birlikte taşınan yakıt dikkate alınır. Bu nedenle, bir roket kimyageri için kütle, hem itici hem de oksitleyiciyi içerecektir. Hava solumalı motorlar için, motordan geçen havanın kütlesi değil, yalnızca sıvı miktarı dikkate alınır.
Atmosferik direnç ve tesisin yüksek yanma oranlarında yüksek özgül itici gücü sağlayamaması, tüm yakıtın mümkün olduğunca çabuk kullanılmamasının nedenidir.
Daha ağırMI'sı iyi olan bir motor, tırmanma, mesafe veya hızda düşük performansa sahip hafif bir enstrüman kadar etkili olmayabilir
Uçuş sırasında hava direnci ve düşük yakıt tüketimi olmasaydı, MI bir motorun kütleyi ileri itiş gücüne dönüştürmedeki verimliliğinin doğrudan bir ölçüsü olurdu.
Saniye cinsinden belirli dürtü
Belirli bir itme için en yaygın birim Hs'dir. Hem SI bağlamında hem de emperyal veya geleneksel değerlerin kullanıldığı durumlarda. Saniyenin avantajı, ölçü biriminin ve sayısal değerin tüm sistemler için aynı olması ve esasen evrensel olmasıdır. Hemen hemen tüm üreticiler motor performanslarını saniyeler içinde listeler. Ve böyle bir cihaz, bir uçak cihazının özelliklerini belirlemek için de kullanışlıdır.
Etkili egzoz hızını bulmak için saniyede metre kullanmak da oldukça yaygındır. Bu blok, roket motorlarını tanımlarken sezgiseldir, ancak cihazların etkin egzoz hızı gerçek olandan önemli ölçüde farklı olabilir. Bu büyük olasılıkla turbo pompalar açıldıktan sonra yakıt ve oksitleyicinin denize dökülmesinden kaynaklanmaktadır. Hava soluyan jet motorları için etkin egzoz hızının fiziksel bir anlamı yoktur. Karşılaştırma amacıyla kullanılabilse de.
Birimler
Ns (kilogram cinsinden) olarak ifade edilen değerler nadir değildir ve sayısal olarak m / s cinsinden etkin egzoz hızına eşittir (Newton'un ikinci yasasından ve onuntanımlar).
Diğer bir eşdeğer birim özgül yakıt tüketimidir. g (kN s) veya lb/hr gibi ölçü birimlerine sahiptir. Bu birimlerden herhangi biri, belirli dürtü ile ters orantılıdır. Ve yakıt tüketimi, jet motorlarının performansını tanımlamak için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Genel tanım
Tüm araçlar için, özgül darbe (Dünyadaki yakıtın birim ağırlığı başına itme) saniye cinsinden aşağıdaki denklemle belirlenebilir.
Durumu netleştirmek için şunu netleştirmek önemlidir:
- F, nominal olarak Dünya yüzeyindeki güç olarak m/s 2 (veya ft/s kare) cinsinden ifade edilen standart yerçekimi kuvvetidir.
- g, aracın kütlesinin zamanla (yakıt dışarı itildiğinde) değişim hızına göre negatif görünen, kg/s cinsinden kütle akış hızıdır.
Ölçüm
İngiliz birimi pound, diğer birimlerden daha yaygın olarak kullanılır. Ayrıca, akış hızı için saniye başına bu değeri uygularken, dönüştürme sırasında sabit r 0 gereksiz hale gelir. Boyutsal olarak pound bölü g 0'a eşit hale geldiğinden.
I sp saniye cinsinden, ağırlığı itme kuvvetine eşit bir miktarda itici gaz verildiğinde, cihazın bir roket motorunun belirli bir itme itkisini üretebildiği zamandır.
Bu ifadenin avantajı,tüm reaksiyon kütlesinin gemide taşındığı roketler ve reaksiyon kütlesinin çoğunun atmosferden alındığı uçaklar için. Ayrıca kullanılan birimlerden bağımsız bir sonuç verir.
Hız olarak belirli dürtü (etkili egzoz hızı)
Denklemdeki jeosantrik faktör g 0 nedeniyle, çoğu kişi roket itişini (özellikle) yakıt akışının birim kütlesi başına itme kuvveti cinsinden tanımlamayı tercih eder. Bu, bir iticinin özgül darbe verimini belirlemenin eşit derecede geçerli (ve bazı yönlerden biraz daha basit) bir yoludur. Diğer seçenekleri de düşünürsek durum hemen hemen her yerde aynı olacaktır. Belirli bir özgül darbeye sahip roketler, basitçe, cihaza göre etkin egzoz hızıdır. Belirli bir push'un iki özelliği birbiriyle orantılıdır ve aşağıdaki gibi ilişkilidir.
Formülü kullanmak için şunu anlamanız gerekir:
- I - saniye cinsinden belirli dürtü.
- v - itme, m/s cinsinden ölçülür. Bu, m/s (veya g değerine bağlı olarak ft/s) cinsinden ölçülen etkin egzoz hızına eşittir.
- g yerçekimi standardıdır, 9.80665 m/s 2. İngiliz ölçü biriminde 32.174 ft/sn 2.
Bu denklem jet motorları için de geçerlidir, ancak pratikte nadiren kullanılır.
Bazen farklı karakterlerin kullanıldığını unutmayın. Örneğin, c egzoz hızı için de dikkate alınır. sembolü ikensp, UI için N s/kg birimlerinde mantıksal olarak kullanılabilir. Karışıklığı önlemek için, açıklamanın başlamasından saniyeler önce ölçülen belirli bir değer için ayırmak arzu edilir.
Bu, roket motorunun özel dürtüsünün itme kuvveti veya hareket kuvveti ile ilgilidir, formül.
Burada m, aracın büyüklüğündeki azalma oranı olan kütle yakıt tüketimidir.
Küçültme
Roket tüm itici gazını taşımalıdır. Bu nedenle, yanmamış gıda kütlesi, cihazın kendisi ile birlikte hızlandırılmalıdır. Belirli bir itiş gücünü elde etmek için gereken yakıt miktarını en aza indirmek, verimli roketler oluşturmak için çok önemlidir.
Tsiolkovsky'nin özel dürtü formülü, belirli bir boş kütleye ve belirli bir miktarda yakıta sahip bir roket için, hızdaki toplam değişimin, egzozun etkin hızıyla orantılı olarak elde edilebileceğini gösterir.
Pervanesiz bir uzay aracı, yörüngesi ve herhangi bir yerçekimi alanı tarafından belirlenen bir yörüngede hareket eder. Karşılık gelen hız modelinden (Δv olarak adlandırılır) sapmalar, egzoz gazı kütlesini istenen değişikliğin ters yönüne iterek elde edilir.
Gerçek hıza karşı etkin hız
Burada, bu iki kavramın önemli ölçüde farklılık gösterebileceğini belirtmekte fayda var. Örneğin, atmosfere bir roket fırlatıldığında, motorun dışındaki hava basıncı neden olur.frenleme kuvveti. Bu, özgül darbeyi az altır ve etkin egzoz hızı azalırken, gerçek hız pratikte değişmeden kalır. Ek olarak, bazen roket motorlarında türbin gazı için ayrı bir ağızlık bulunur. Efektif egzoz hızının hesaplanması daha sonra iki kütle akışının ortalamasının alınmasını ve ayrıca herhangi bir atmosfer basıncının dikkate alınmasını gerektirir.
Verimliliği artırın
Hava üflemeli jet motorları, özellikle turbofanlar için, gerçek egzoz hızı ve efektif hız, birkaç büyüklük derecesine göre farklılık gösterir. Bunun nedeni, reaksiyon kütlesi olarak hava kullanıldığında önemli bir ek momentum elde edilmesidir. Bu, enerji ve yakıt tasarrufu sağlayan hava hızı ve egzoz hızı arasında daha iyi bir eşleşme sağlar. Ve gerçek hızı az altırken etkili bileşeni önemli ölçüde artırır.
Enerji Verimliliği
İyon modelleri gibi roketler ve roket benzeri motorlar için sp, daha düşük enerji verimliliği anlamına gelir.
Bu formülde v e gerçek jet hızıdır.
Dolayısıyla gerekli kuvvet her egzoz hızıyla orantılıdır. Daha yüksek hızlarda, aynı itme kuvveti için çok daha fazla güç gerekir, bu da bir birim daha az enerji verimliliği sağlar.
Ancak, bir görev için toplam enerji, toplam yakıt kullanımının yanı sıra birim başına ne kadar enerji gerektiğine bağlıdır. Düşük egzoz hızı içindelta-v göreviyle ilgili olarak, büyük miktarlarda reaksiyon kütlesine ihtiyaç vardır. Aslında, bu nedenle, çok düşük bir egzoz hızı enerji açısından verimli değildir. Ancak hiçbir türün en yüksek puana sahip olmadığı ortaya çıktı.
Değişken
Teorik olarak, uzayda belirli bir delta-v için, tüm sabit egzoz hızı değerleri arasında, ve=0.6275, belirli bir nihai kütle için en verimli enerjidir. Daha fazlasını öğrenmek için uzay aracının tahrik aparatındaki enerjiyi inceleyebilirsiniz.
Ancak, değişken egzoz oranları daha da enerji verimli olabilir. Örneğin, bir roket, ürün hızına eşit bir egzoz hızı kullanılarak bazı pozitif başlangıç hızında hızlandırılırsa, reaksiyon kütlesinin kinetik bileşeni olarak hiçbir enerji kaybolmaz. Durağan hale geldikçe.
