Specific Impulse (SP) raketa yoki dvigatel yoqilg'idan qanchalik samarali foydalanishini ko'rsatadigan o'lchovdir. Ta'rifga ko'ra, bu iste'mol qilinadigan quvvat birligiga etkazib beriladigan jami kuchlanishdir va massa oqimiga bo'lingan holda hosil bo'lgan tortishish hajmiga tengdir. Agar yoqilg'i birligi sifatida kilogramm ishlatilsa, u holda o'ziga xos impuls tezlik bilan o'lchanadi. Agar og‘irlik o‘rniga nyuton yoki funt-kuch ishlatilsa, o‘ziga xos qiymat vaqt bo‘yicha, odatda soniyalarda ifodalanadi.
Oqim tezligini standart tortishish kuchiga koʻpaytirish GI ni massaga aylantiradi.
Tsiolkovskiy tenglamasi
Yuqorroq massali dvigatelning o'ziga xos impulsi oldinga siljish hosil qilish uchun samaraliroq ishlatiladi. Va agar raketa ishlatilsa, kamroq yoqilg'i talab qilinadi. Bu delta-v uchun aynan u kerak. Tenglama bo'yichaTsiolkovskiyning so'zlariga ko'ra, raketa dvigatelining o'ziga xos impulsida vosita ko'tarilish, masofa va tezlikda samaraliroq. Bu ishlash reaktiv modellarda kamroq ahamiyatga ega. Yonish uchun qanotlardan va tashqi havodan foydalanadigan. Yoqilg'idan og'irroq foydali yukni olib yuring.
Oʻziga xos impuls yonish uchun ishlatiladigan tashqi havo tomonidan hosil boʻladigan va sarflangan yoqilgʻi bilan tugaydigan harakatni oʻz ichiga oladi. Buning uchun reaktiv dvigatellar tashqi atmosferadan foydalanadilar. Va shuning uchun ular raketa dvigatellariga qaraganda ancha yuqori UIga ega. Ushbu kontseptsiya, iste'mol qilingan yoqilg'ining massasi nuqtai nazaridan, vaqt o'tishi bilan masofani o'lchash birliklariga ega. Ular "samarali chiqindi gaz tezligi" deb ataladigan sun'iy qiymatdir. Bu haqiqiy egzoz tezligidan yuqori. Chunki yonish uchun havo massasi hisobga olinmaydi. Haqiqiy va samarali chiqindi chiqarish tezligi, masalan, havo yoki suvdan foydalanmaydigan raketa dvigatellarida bir xil.
Umumiy fikrlar
Yoqilg'i miqdori odatda massa birliklarida o'lchanadi. Agar u ishlatilsa, u holda o'ziga xos impuls EM uchun impuls bo'lib, o'lcham tahlili bilan ko'rsatilgandek, tezlik birliklariga ega. Shunday qilib, UI ko'pincha soniyada metr bilan o'lchanadi. Va ko'pincha egzozning samarali tezligi deb ataladi. Biroq, agar massa ishlatilsa, yoqilg'ining kuchga bo'linadigan o'ziga xos impulsi vaqt birligi bo'lib chiqadi. Shunday qilib, maxsus surishlar soniyalarda o'lchanadi.
Mana shu qoida zamonaviy dunyoda keng qoʻllaniladigan asosiy qoidadirkoeffitsienti r0 (Yer yuzasida tortishish tezlanishining doimiysi).
Shuni ta'kidlash joizki, raketa impulsining (shu jumladan uning yoqilg'isining) vaqt birligidagi o'zgarish tezligi solishtirma surish impulsiga teng.
Xususiyatlar
Itilish qanchalik baland boʻlsa, maʼlum vaqt davomida berilgan kuchni yaratish uchun shunchalik kam yonilgʻi talab qilinadi. Shu nuqtai nazardan, suyuqlik samaraliroq bo'lsa, uning UI qanchalik katta bo'lsa. Biroq, buni energiya tejamkorligi bilan adashtirmaslik kerak, bu kuch kuchayishi bilan kamayishi mumkin, chunki yuqori natijalar beradigan dvigatelning o'ziga xos impulsi buni amalga oshirish uchun juda ko'p energiya talab qiladi.
Shuningdek, tortishni ma'lum bir surish bilan farqlash va adashtirmaslik kerak. UI iste'mol qilingan yoqilg'i birligi uchun yaratiladi. Va surish - bu ma'lum bir qurilma tomonidan ishlab chiqarilgan oniy yoki eng yuqori kuch. Ko'pgina hollarda, juda yuqori o'ziga xos impulsli qo'zg'alish tizimlari - ba'zi ion qurilmalari 10 000 soniyaga etadi - past tortishish hosil qiladi.
Turishni hisoblashda faqat ishlatishdan oldin avtomobil bilan birga olib ketiladigan yoqilg'i hisobga olinadi. Shuning uchun, raketa kimyogari uchun massa ham propellantni, ham oksidlovchini o'z ichiga oladi. Havo bilan nafas oluvchi dvigatellar uchun dvigateldan o'tadigan havo massasi emas, faqat suyuqlik miqdori hisobga olinadi.
Atmosferaning tortishish kuchi va zavodning yuqori yonish tezligida yuqori o'ziga xos impulsni ushlab tura olmasligi aynan shu sababdirki, barcha yoqilg'i imkon qadar tezroq ishlatilmaydi.
Ogʻirroqyaxshi MI bo'lgan vosita toqqa chiqishda, masofada yoki tezlikda yomon ishlashi bo'lgan engil asbob kabi samarali bo'lmasligi mumkin
Agar havo qarshiligi va parvoz paytida yonilgʻi sarfini kamaytirmasa edi, MI massani oldinga harakatga aylantirishda dvigatel samaradorligining bevosita oʻlchovi boʻlar edi.
Sekundlardagi maxsus impuls
Muayyan surish uchun eng keng tarqalgan birlik Hs. SI kontekstida ham, imperiya yoki an'anaviy qiymatlar qo'llaniladigan hollarda ham. Sekundlarning afzalligi shundaki, o'lchov birligi va raqamli qiymat barcha tizimlar uchun bir xil va mohiyatan universaldir. Deyarli barcha ishlab chiqaruvchilar o'zlarining dvigatel ish faoliyatini soniyalarda sanab o'tadilar. Va bunday qurilma samolyot qurilmasining o'ziga xos xususiyatlarini aniqlash uchun ham foydalidir.
Egzoz chiqarishning samarali tezligini topish uchun soniyasiga metrlardan foydalanish ham keng tarqalgan. Ushbu blok raketa dvigatellarini tavsiflashda intuitivdir, garchi qurilmalarning samarali egzoz tezligi haqiqiydan sezilarli darajada farq qilishi mumkin. Bu, ehtimol, turbonasoslar yoqilgandan so'ng, yoqilg'i va oksidlovchining bortga tashlanishi bilan bog'liq. Havo bilan nafas oluvchi reaktiv dvigatellar uchun samarali egzoz tezligi jismoniy ma'noga ega emas. Garchi u taqqoslash uchun ishlatilishi mumkin.
Birliklar
Ns (kilogrammda) bilan ifodalangan qiymatlar kamdan-kam uchraydi va son jihatdan m/s dagi samarali chiqindi tezligiga teng (Nyutonning ikkinchi qonuni va uningta'riflar).
Yana bir ekvivalent birlik - bu o'ziga xos yoqilg'i sarfi. Unda g (kN s) yoki lb/soat kabi o'lchov birliklari mavjud. Ushbu birliklarning har biri o'ziga xos impulsga teskari proportsionaldir. Yoqilg'i sarfi esa reaktiv dvigatellarning ish faoliyatini tavsiflash uchun keng qo'llaniladi.
Umumiy ta'rif
Barcha transport vositalari uchun sekundlarda oʻziga xos impulsni (Yerdagi yoqilgʻi ogʻirligi birligiga surish) quyidagi tenglama bilan aniqlash mumkin.
Vaziyatga oydinlik kiritish uchun quyidagilarga aniqlik kiritish kerak:
- F - standart tortishish kuchi boʻlib, nominal ravishda Yer yuzasidagi quvvat sifatida m/s 2 (yoki fut/s kvadrat) bilan ifodalanadi.
- g - kg/s dagi massa oqim tezligi, vaqt o'tishi bilan avtomobil massasining o'zgarish tezligiga nisbatan manfiy ko'rinadi (yoqilg'i tashqariga chiqarilganda).
Oʻlchov
Ingliz birligi funt boshqa birliklarga qaraganda koʻproq qoʻllaniladi. Shuningdek, oqim tezligi uchun soniyada ushbu qiymatni qo'llashda, konvertatsiya qilishda doimiy r 0 keraksiz bo'ladi. U oʻlchami boʻyicha funtning g 0 ga boʻlinganiga teng boʻladi.
I sekundlar ichida sp - bu qurilmaning og'irligi tortish kuchiga teng bo'lgan yoqilg'i miqdorini hisobga olgan holda, raketa dvigatelining o'ziga xos surish impulsini yaratishi mumkin bo'lgan vaqt.
Ushbu iboraning afzalligi shundaki, undan foydalanish mumkinbutun reaksiya massasi bortda tashiladigan raketalar, shuningdek, reaksiya massasining katta qismi atmosferadan olinadigan samolyotlar uchun. Shuningdek, u foydalanilgan birliklardan mustaqil natija beradi.
Tezlik sifatidagi maxsus impuls (samarali chiqindi tezligi)
Tenglamadagi geosentrik omil g 0 tufayli koʻpchilik raketa zarbasini (xususan) yoqilgʻi oqimining birlik massasiga tortish kuchi bilan belgilashni afzal koʻradi. Bu propellantning o'ziga xos impuls samaradorligini aniqlashning teng darajada to'g'ri (va qaysidir ma'noda biroz soddaroq) usulidir. Agar boshqa variantlarni ko'rib chiqsak, vaziyat deyarli hamma joyda bir xil bo'ladi. Muayyan o'ziga xos impulsli raketalar shunchaki qurilmaga nisbatan samarali egzoz tezligidir. Muayyan pushning ikkita atributi bir-biriga mutanosib va quyidagi tarzda bog'langan.
Formuladan foydalanish uchun quyidagilarni tushunishingiz kerak:
- I - soniyalardagi maxsus impuls.
- v - surish, m/s bilan o'lchanadi. Bu m/s (yoki g qiymatiga qarab ft/s) bilan o‘lchangan samarali chiqindi chiqarish tezligiga teng.
- g - tortishish standarti, 9,80665 m/s 2. Imperator birliklarida 32,174 fut/s 2.
Bu tenglama reaktiv dvigatellar uchun ham amal qiladi, lekin amalda kamdan-kam qoʻllaniladi.
E'tibor bering, ba'zida turli belgilar ishlatiladi. Masalan, egzoz tezligi uchun c ham hisobga olinadi. Belgi bo'lsa-dasp mantiqiy ravishda UI uchun N s/kg birliklarida ishlatilishi mumkin. Chalkashmaslik uchun uni tavsif boshlanishidan bir necha soniya oldin o'lchangan ma'lum bir qiymat uchun zaxiralash tavsiya etiladi.
Bu raketa dvigatelining o'ziga xos impulsining surish yoki harakat kuchi, formula bilan bog'liq.
Bu erda m - ommaviy yoqilg'i sarfi, bu avtomobil kattaligining pasayish tezligi.
Minimizatsiya
Raketa o'zining barcha yoqilg'ini olib yurishi kerak. Shuning uchun, yonmagan oziq-ovqat massasi qurilmaning o'zi bilan birga tezlashishi kerak. Muayyan kuchga erishish uchun zarur bo'lgan yoqilg'i miqdorini minimallashtirish samarali raketalarni yaratish uchun juda muhimdir.
Tsiolkovskiyning oʻziga xos impuls formulasi shuni koʻrsatadiki, berilgan boʻsh massa va maʼlum miqdorda yoqilgʻi boʻlgan raketa uchun tezlikning umumiy oʻzgarishiga chiqindining samarali tezligiga mutanosib ravishda erishish mumkin.
Parvoni bo'lmagan kosmik kema traektoriyasi va har qanday tortishish maydoni bilan belgilanadigan orbita bo'ylab harakatlanadi. Tegishli tezlik sxemasidan (Dv deb ataladi) og'ishlar chiqindi gaz massasini kerakli o'zgarishga teskari yo'nalishda surish orqali erishiladi.
Haqiqiy tezlik va samarali tezlik
Bu erda shuni ta'kidlash kerakki, bu ikki tushuncha sezilarli darajada farq qilishi mumkin. Misol uchun, raketa atmosferaga uchirilganda, dvigatel tashqarisidagi havo bosimi sabab bo'laditormoz kuchi. Bu o'ziga xos impulsni pasaytiradi va egzozning samarali tezligini pasaytiradi, haqiqiy tezlik esa deyarli o'zgarmaydi. Bundan tashqari, ba'zida raketa dvigatellarida turbinali gaz uchun alohida nozul mavjud. Egzozning samarali tezligini hisoblash har qanday atmosfera bosimini hisobga olish bilan bir qatorda ikkita massa oqimining o'rtacha hisoblanishini talab qiladi.
samaradorlikni oshirish
Havo bilan nafas oluvchi reaktiv dvigatellar, xususan, turbofanlar uchun haqiqiy egzoz tezligi va samarali tezlik bir necha darajalar bilan farqlanadi. Buning sababi, reaktsiya massasi sifatida havodan foydalanganda sezilarli qo'shimcha impulsga erishiladi. Bu havo tezligi va egzoz tezligi o'rtasida yaxshiroq moslashish imkonini beradi, bu esa energiya va yoqilg'ini tejash imkonini beradi. Haqiqiy tezlikni pasaytirgan holda samarali komponentni sezilarli darajada oshiradi.
Energiya samaradorligi
Ion modellar kabi raketalar va raketaga oʻxshash dvigatellar uchun sp past energiya samaradorligini bildiradi.
Bu formulada v e haqiqiy reaktiv tezligi.
Demak, kerakli kuch har bir egzoz tezligiga proportsionaldir. Yuqori tezlikda bir xil tortishish uchun ko‘proq quvvat talab qilinadi, bu esa energiya samaradorligini bir birlikka kamaytiradi.
Biroq, missiya uchun jami energiya umumiy yoqilgʻi sarfiga, shuningdek, bir birlik uchun qancha energiya talab qilinishiga bogʻliq. Past egzoz tezligi uchundelta-v missiyasi bilan bog'liq holda, juda katta miqdordagi reaktsiya massasi kerak. Aslida, shu sababli, juda past egzoz tezligi energiya tejamkor emas. Lekin maʼlum boʻlishicha, hech bir tur eng yuqori ballga ega emas.
Oʻzgaruvchi
Nazariy jihatdan ma'lum delta-v uchun fazoda, barcha belgilangan egzoz tezligi qiymatlari orasida ve=0,6275 ma'lum yakuniy massa uchun eng tejamkor energiya hisoblanadi. Batafsil ma’lumot olish uchun siz kosmik kemaning harakatlantiruvchi apparatidagi energiyani ko‘rishingiz mumkin.
Biroq, oʻzgaruvchan egzoz stavkalari energiyani yanada tejamkor boʻlishi mumkin. Misol uchun, agar raketa mahsulot tezligiga teng bo'lgan egzoz tezligidan foydalangan holda qandaydir ijobiy boshlang'ich tezlikda tezlashtirilsa, reaktsiya massasining kinetik komponenti sifatida energiya yo'qolmaydi. Harakatsiz holatga kelganda.
