Specifikus impulzus
A fajlagos impulzus (gyakran rövidítve Isp ) egy módja annak, hogy leírjuk, milyen jól teljesít egy rakéta. Arra is használják, hogy leírják, milyen jól teljesít egy sugárhajtómű. Különböző méretű rakéták összehasonlítására is használható. Ez egy módja annak, hogy megtudjuk, hogy egy adott hajtómű mekkora erőt fejt ki egy kis üzemanyagra. Ehhez tudnunk kell, hogy mennyi üzemanyag van a motorban. A magas fajlagos impulzus azt jelenti, hogy a rakétának kevesebb üzemanyagra van szüksége ahhoz, hogy ugyanolyan jól teljesítsen. Ha a fajlagos impulzus kisebb, az azt jelenti, hogy a rakétának több üzemanyagra van szüksége ahhoz, hogy ugyanolyan jól teljesítsen.
A fajlagos impulzus hasznos érték a rakéta- vagy sugárhajtóművek összehasonlításához. Hasonlóan használják, mint a mérföld/gallon vagy a liter/100 kilométer értéket az autók összehasonlítására. Egy nagyobb fajlagos impulzusú hajtómű jobban használja az üzemanyagot. Ez azt jelenti, hogy ugyanazzal az üzemanyagmennyiséggel a rakéta gyorsabban halad, miután az összes üzemanyag elfogyott.
Egy nagyobb fajlagos impulzusú rakétahajtómű nem jelenti azt, hogy "erősebb". Vagyis nem gyorsítja fel jobban a rakétát. Valójában a legnagyobb fajlagos impulzusú hajtóművek, például az ionhajtóművek tervezései a "leggyengébbek" az összes hajtóműtípus közül. Ezek lassan, de egyenletesen, hosszú időn keresztül gyorsítják a rakétát, és csak nagyon kevés üzemanyagot használnak. Két azonos mennyiségű üzemanyaggal és két különböző hajtóművel rendelkező rakéta közötti versenyben az erősebb hajtóművel rendelkező rakéta hamar vezet, de amikor elégeti az összes üzemanyagát, a nagyobb fajlagos impulzusú rakétának még marad némi üzemanyaga, és tovább gyorsul. Végül megelőzi a másik rakétát, és megnyeri a versenyt, ha a távolság elég nagy ahhoz, hogy kihasználja hosszú távú előnyét.
Az Estes A10-PT rakétamotor által kifejtett erőt bemutató ábra kb. 1 másodperc alatt. Az impulzusról, az üzemanyag mennyiségéről és a fajlagos impulzusról is van információ.
Mérések
Az emberek kétféleképpen találják meg az adott impulzus számát. A fajlagos impulzus kiszámításához az impulzust elosztjuk az üzemanyag mennyiségével. Az impulzus annak mérése, hogy egy rakétahajtómű mekkora erőt fejt ki és mennyi ideig. Egy olyan motornak, amely hosszú ideig kis erőt fejt ki, néha nagyobb lehet az impulzusa, mint egy olyan motornak, amely rövid ideig nagy erőt fejt ki. Az impulzust newtonban és másodpercben (N*s) mérik.
A fajlagos impulzus meghatározásához felhasznált üzemanyag mennyisége különböző módon mérhető. Néha tömegben, néha pedig tömegben mérik. Ha az üzemanyag mennyiségét tömegben mérjük, a fajlagos impulzust sebességként fejezzük ki. Ez általában méter/másodpercben van megadva. Amikor a fajlagos impulzust sebességként mérik, akkor más neve van. Úgy is nevezik, hogy effektív kipufogógázsebesség. Az üzemanyag mennyiségének másik mérési módja a tömeg. Ha súlyt használunk, a fajlagos impulzust időegységben, általában másodpercben adjuk meg. Ez a két mód mindkettő elterjedt. Mindkettő a motorok teljesítményét hasonlítja össze.
Ha a fajlagos impulzus nagyobb, kevesebb üzemanyagra van szükség ahhoz, hogy a rakéta egy bizonyos szinten teljesítsen. Tehát egy üzemanyag hatékonyabb, ha a fajlagos impulzus nagyobb.
Vigyázzon, hogy ne keverje össze a tolóerőt és a konkrét impulzust. A tolóerő csak a rakéta által egy adott időpontban kifejtett erő. A fajlagos impulzus az erő mérése az üzemanyag mennyiségének függvényében.
Amikor az emberek megtalálják a specifikus impulzust, az egyetlen üzemanyag, amit számolnak, az a rakétában van, mielőtt kilövik. Ez magában foglalja az üzemanyagot és az oxidálószert (az üzemanyagnak azt a részét, amely segíti az üzemanyag égését). Az oxidálószer néha az oxigén, de gyakran valami más is (lásd: Rakétahajtómű#Folyadékok, szilárd anyagok és hibridek).
Példák
| A rakéta különböző módon történő tolásának fajlagos impulzusa | |||
| Motor | Hatékony kipufogógázsebesség | Konkrét impulzus | Energia/kg kipufogógáz |
| Turbóventilátoros sugárhajtómű | 29,000 | 3,000 | ~0.05 |
| Szilárd tüzelőanyagú rakéta | 2,500 | 250 | 3 |
| Folyékony üzemanyagú rakéta | 4,400 | 450 | 9.7 |
| Ion tolóerő | 29,000 | 3,000 | 430 |
| Kétfokozatú, négy rácsos elektrosztatikus ionhajtómű | 210,000 | 21,400 | 22,500 |
| VASIMR | 30,000-120,000 | 3,000-12,000 | 1,400 |
A sugárhajtóművek (repülőgépek) jobban használják az üzemanyagot, mint a rakétahajtóművek. Ennek oka, hogy a gázok nem szöknek ki olyan gyorsan. Mivel nem szöknek ki olyan gyorsan, a kipufogógázok nem visznek el annyi energiát. Ez azt jelenti, hogy a sugárhajtómű sokkal kevesebb energiát használ fel a sugárhajtómű tolóerejéhez. Ez azért is van, mert a levegő, amely átáramlik a motoron, miközben a sugárhajtómű átrepül a levegőn, segít az üzemanyag gyorsabb elégetésében.
Modell rakétatechnika
A fajlagos impulzust arra is használják, hogy leírják, milyen jól működnek a modellrakéta-motorok. Az alábbi táblázatban az Estes által megadott fajlagos impulzusértékek találhatók több rakétahajtóművük esetében: Az Estes Industries egy nagy, jól ismert amerikai modellrakéták és rakétaalkatrészek értékesítője. A modellrakéta-motorok fajlagos impulzusa sokkal alacsonyabb, mint sok más rakéta-motoré, mivel üzemanyagként feketeport használnak. A modellrakéta-motorokban azért használnak fekete port, mert az olcsóbb.
| Motor | Teljes impulzus (Ns) | Üzemanyag súlya (N) | Fajlagos impulzus (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 |
| Speciális impulzusok több Estes rakétahajtóműhöz. | |||
Nagyobb rakétahajtóművek
Íme néhány példa a nagyobb rakétahajtóművekre:
| Motor típusa | Példa Használat | Fajlagos impulzus (s) | Hatékony kipufogógáz-áramlási sebesség (m/s) |
| NK-33 rakétahajtómű | Vákuum | 331 | 3,240 |
| SSME rakétahajtómű | Űrsikló vákuum | 453 | 4,423 |
| Ramjet | Mach 1 | 800 | 7,877 |
| J-58-as turbojet | SR-71 3,2 Mach sebességgel (nedves) | 1,900 | 18,587 |
| Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 | Concorde Mach 2 repülés (száraz) | 3,012 | 29,553 |
| CF6-80C2B1F turbóventilátor | Boeing 747-400 körutazás | 5,950 | 58,400 |
| General Electric CF6 turbóventilátor | Tengerszint | 11,700 | 115,000 |
| Néhány nagyobb rakétahajtómű fajlagos impulzus és effektív kipufogógázsebesség számai. | |||
Egységek
| Fajlagos impulzus | Fajlagos impulzus | Hatékony kipufogógázsebesség | Fajlagos üzemanyag-fogyasztás | |
| SI | =X másodperc | =9,8066 X N-s/kg | =9,8066 X m/s | =(101,972/X) g/kN-s |
| Angol egységek | =X másodperc | =X lbf-s/lb | =32,16 X ft/s | =(3,600/X) lb/lbf-h |
| Angol és SI (metrikus rendszer) egységek a különböző rakétamotorok teljesítményének méréséhez. | ||||
A fajlagos impulzus mérésének legelterjedtebb módja ma a másodpercek használata. Ezt használják mind az SI (metrikus rendszer) világában, mind pedig ott, ahol angol mértékegységeket használnak. Így az egységek mindenhol azonosak. Ez azt jelenti, hogy a fajlagos impulzus bármely országban használható a motor teljesítményének összehasonlítására. A legtöbb rakétahajtóműveket vagy sugárhajtóműveket gyártó vállalat másodperceket használ terméke teljesítményének reklámozására.
A fajlagos impulzus mérésének másik gyakori módja a méter/másodpercben (m/s) történő mérés, amelyet effektív kipufogógázsebességnek is neveznek. Sok motor esetében az effektív kipufogógázsebesség eltér attól a sebességtől, amellyel a gázok ténylegesen kilépnek a fúvókából.
Kapcsolódó oldalak
- Sugárhajtómű
- Impulzus (fizika) - a lendület változása
Kérdések és válaszok
K: Mi az a specifikus impulzus?
V: A fajlagos impulzus (gyakran Isp-re rövidítve) egy módja annak, hogy leírjuk, milyen jól teljesít egy rakéta vagy sugárhajtómű. Használható különböző méretű rakéták összehasonlítására és annak mérésére, hogy egy hajtómű mekkora erőt fejt ki egy kis üzemanyagra.
K: Hogyan mérik a fajlagos impulzust?
V: A fajlagos impulzust úgy mérjük, hogy tudjuk, mennyi üzemanyag van a hajtóműben, és kiszámítjuk, hogy mekkora erőt termel az adott mennyiségű üzemanyaggal.
K: Mit jelent a magas fajlagos impulzus?
V: A magas fajlagos impulzus azt jelenti, hogy a rakétának kevesebb üzemanyagra van szüksége ahhoz, hogy ugyanolyan jól teljesítsen, tehát hatékonyabban használja fel az üzemanyagot, mint egy alacsonyabb fajlagos impulzusú rakéta.
K: Hogyan használhatjuk a fajlagos impulzust a hajtóművek összehasonlítására?
V: A fajlagos impulzus hasonlóan használható, mint ahogyan a mérföld/gallon vagy a liter/100 kilométer értékeket használják az autók összehasonlítására, így a rakéta- vagy sugárhajtóműveket hatékonyságuk alapján hasonlíthatjuk össze.
K: A nagyobb fajlagos impulzus azt jelenti, hogy egy motor "erősebb"?
V: Nem, a nagyobb fajlagos impulzus nem feltétlenül jelenti azt, hogy egy motor "erősebb". Valójában a legnagyobb fajlagos impulzusú hajtóművek tervei általában a leggyengébbek a gyorsulási teljesítmény szempontjából.
K: Hogyan versenyezhet egymással két különböző hajtóművű, de azonos mennyiségű üzemanyaggal rendelkező rakéta?
V: Két azonos mennyiségű üzemanyaggal és két különböző hajtóművel rendelkező rakéta közötti versenyben az erősebb hajtóművel rendelkező rakéta hamar vezet, de amikor elégeti az összes üzemanyagát, a nagyobb fajlagos impulzusú rakétának még marad némi üzemanyaga, és tovább gyorsul, míg végül megelőzi ellenfelét, ha van elég távolság ahhoz, hogy kihasználja hosszú távú előnyét.
