Specifikus impulzus

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. május 31-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 11 szerkesztést igényelnek .

Fajlagos impulzus ( fajlagos tolóerő), a motor fajlagos impulzusa, a hajtómű térfogati fajlagos impulzusa [1] - a sugárhajtómű és a felhasznált rakéta-üzemanyag (üzemanyag) hatásfokának számos ekvivalens száma, amelyek állandóval különböznek. pár, munkafolyadék). Ezeknek a fogalmaknak nincs egyértelmű terminológiai felosztása, ami zavarhoz vezethet.

A "fajlagos impulzus" és a "fajlagos tolóerő" kifejezések ugyanazt az értéket definiálják különböző szögekből: a fajlagos impulzus a hajtómű által keltett impulzus hányadának és a tengerszinten elhasznált üzemanyag-rész relatív tömegének aránya. másodperc; fajlagos tolóerő a motor tolóerejének és a hagyományos tömeg (tengerszinten) üzemanyag-fogyasztás aránya, másodpercben mérve [2] . Mivel ezzel a meghatározással a tolóerőt erő kilogrammban (kgf), a munkafolyadék fogyasztását pedig tömeg kilogrammban mérik másodpercenként (kgf / s), a fajlagos impulzus mértékegysége másodpercben kgf / (kgf) / s) \u003d s. A specifikus impulzus másodpercekben kifejezett kifejezése általában megtalálható a hagyományos tudományos és műszaki irodalomban.

A motor fajlagos impulzusa (tolóereje) SI -ben a motor newtonban (N) kifejezett tolóerejének és a tömeges üzemanyag - fogyasztásnak a hányadosa, tömeg kilogramm per másodpercben (kg/s), tehát a fajlagos impulzus mértékegysége méter per másodperc: N / (kg / s) \u003d kg m / s 2 / (kg / s) \u003d m / s. A motor fajlagos impulzusa megfelel annak az effektív fordulatszámnak, amelyen a motor a munkafolyadékot kilöki, feltételezve, hogy a teljes munkafolyadék szigorúan a tolóerővektorral szemben, azonos sebességgel lökődik ki, és a nyomáskülönbségen keresztül nincs kölcsönhatás a légkörrel. a fúvókakimenettel. Mivel egy kilogramm erő g-szor nagyobb, mint egy newton (g a szabadesés szabványos gyorsulása tengerszinten), a fajlagos impulzus m/s-ban kifejezve számszerűen nagyobb, mint a másodpercben kifejezett fajlagos impulzus kb. 9,81 alkalommal.

A motor térfogati fajlagos impulzusa a motor tolóerejének és térfogati tüzelőanyag-fogyasztásának aránya, mértékegységben . A motor térfogati fajlagos impulzusának és a motor fajlagos impulzusának aránya megegyezik az üzemanyag sűrűségével. ${\text{kg}}/({\text{m}}^{2}{\text{s)))$

Definíciók

A fajlagos impulzus (fajlagos tolóerő) definíció szerint egyenlő:

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

ahol

${\displaystyle v_{a{\text{eff))))$ a munkaközeg kilégzésének effektív sebessége, m/s;
$P$ — motor tolóerő, N;
$g_{o}$ a szabadesés gyorsulása tengerszinten, ; ${\text{m}}/{\text{c}}^{2}$
${\pont {m}}={\text{d}}m/{\text{d}}t$ — tömeges üzemanyag-fogyasztás, kg/s.

A motor specifikus impulzusa értelemszerűen

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

Egy motor térfogati fajlagos impulzusa értelemszerűen egyenlő

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

hol van az üzemanyag sűrűsége, [3] . $\rho$ ${\text{m}}/{\text{c}}^{2}$

A fenti definíciókban a motor tolóerejét ténylegesnek kell tekinteni azon feltételek mellett, amelyekre ezeket az értékeket meghatározták. A környezeti nyomástól függően a motor tolóereje az arányban tér el a számított tolóerőtől $P$

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

ahol

${\displaystyle P_{0))$ a motor számított tolóereje, amikor a nyomás a fúvóka kimeneténél egybeesik a környezeti gáz nyomásával, N;
$p_{a}$ a nyomás a fúvóka kimeneti szakaszán, Pa;
$p$ a zavartalan környezet nyomása, Pa;
$S$ a fúvóka kimeneti részének területe, . ${\text{m}}^{2}$

Így a motor meghatározott fajlagos impulzusát a számított tolóerőn keresztül a következőképpen fejezzük ki

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

ahol a motor számított fajlagos impulzusa, amely egyenlő a munkafolyadék motor általi kilökődési sebességével. Ennek a fordulatszámnak a hozzávetőleges értékét a gáznemű munkafolyadékot használó motorok esetében az "Y-képletként" ismert kifejezés határozza meg: $v_{a}$

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

ahol

$\gamma$ az égéstermékek adiabatikus indexe;
$R$ — egyedi gázállandó, J/(K·kg);
$T_{\text{os))$ , a gáz hőmérséklete és nyomása a fúvóka konvergáló részének bemeneténél, K és Pa. $p_{\text{os))$

Különböző típusú motorok hatásfokának összehasonlítása

A fajlagos impulzus a motor egyik fontos paramétere, amely jellemzi annak hatékonyságát. Ez az érték nem függ közvetlenül az üzemanyag energiahatékonyságától és a motor tolóerejétől, például az ionmotorok tolóereje nagyon alacsony, de nagy fajlagos impulzusuk miatt az űrtechnikában tolatómotorként használják őket.

Légsugárhajtóműveknél (WJ) a fajlagos impulzus értéke egy nagyságrenddel nagyobb, mint a vegyi rakétamotoroknál , mivel az oxidálószer és a munkafolyadék a környezetből származik, és ezek fogyasztását nem veszik figyelembe a képletben. az impulzus kiszámításához, amelyben csak az üzemanyag tömegfogyasztása jelenik meg. A környezet nagy sebességű használata azonban a VKI degenerációját okozza – fajlagos impulzusuk a sebesség növekedésével csökken. A táblázatban megadott érték szubszonikus sebességeknek felel meg.

A folyékony-hajtóanyagú rakétamotorok (LRE) fajlagos impulzusának megadott értéke megfelel a modern oxigén - hidrogén LRE vákuumban alkalmazott hatékonysági mutatóinak. A gyakorlatban valaha kimutatott legmagasabb értéket háromkomponensű lítium / hidrogén / fluor séma alkalmazásával kaptuk, 542 másodperc (5320 m/s), de gyakorlati alkalmazására technológiai nehézségek miatt nem került sor [5] [6] .

Tipikus fajlagos impulzus különböző típusú motorokhoz

Motor	Motorspecifikus impulzus	Fajlagos tolóerő
Motor	Kisasszony	Val vel
Gázturbinás sugárhajtómű	30 000 (az oxidálószert és a munkafolyadékot a környezetből veszik)	3000
Szilárd hajtóanyagú rakétamotor	2650	270
Folyékony hajtóanyagú rakétamotor	4600	470
Elektromos rakétamotor	10 000–100 000 [7]	1000–10 000
ionos motor	30 000	3000
Plazma motor	290 000	30 000

Lásd még

Ciolkovszkij képlete
Specifikus impulzusértékek hidrazin használatakor

Jegyzetek

Hozzászólások

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

ahol: M az égéstermékek átlagos molekulatömege g/mol-ban kifejezve, ez a képlet nem lehet helyes.

Felhasznált irodalom és források

↑ GOST 17655-89. Folyékony rakétamotorok. Kifejezések és meghatározások . Letöltve: 2020. május 25. Az eredetiből archiválva : 2018. szeptember 18. (határozatlan)
↑ Feodosyev V.I. A rakétarepülési technológia alapjai . - Moszkva: "Nauka", 1979. - S. 24. - 496 p.
↑ Alemasov V. E., Dregalin A. F., Tishin A. P. A rakétahajtóművek elmélete / Szerk. akad. V. P. Glushko. - 3. kiadás - M . : Mashinostroenie, 1980. - S. 16-23. Archiválva 2021. június 21-én a Wayback Machine -nél
↑ A.A. Gurtova, A.V. Ivanov, G.I. Szkomorokhov, D.P. Shmatov. LRE EGYSÉGEK SZÁMÍTÁSA ÉS TERVEZÉSE . - Voronyezs: Voronyezsi Állami Műszaki Egyetem, 2016. - P. 45. - 168 p. Archiválva : 2022. január 2. a Wayback Machine -nél
↑ ARBIT, HA, CLAPP, SD, DICKERSON, RA, NAGAI, CK, A fluor-lítium/hidrogén tripropeller kombináció égési jellemzői. AMERICAN INST OF AERONAUTICS ÉS ASTRONAUTICS, HAJTÁSI KÖZÖS SZAKMAI KONFERENCIA, 4., CLEVELAND, OHIO, 1968. június 10-14. (angol)
↑ Lítium-fluor-hidrogén-tripropelent tanulmány Archiválva : 2010. május 15., a Wayback Machine , ARBIT, HA és munkatársai, Rocketdine , NASA , 1968
↑ Elektromos rakétamotor - cikk a Nagy Szovjet Enciklopédiából .

Linkek

Tom Benson, Specific Impulse / The Beginner's Guide to Aeronautics // Glenn Research Center, NASA
Spakovszky ZS 14.1 Tolóerő és fajlagos impulzus rakétákhoz / 16.Unified: Thermodynamics and Propulsion // MIT, 2006 (eng.)
GOST 17655-89. Folyékony rakétamotorok. Kifejezések és meghatározások .