Specifický impuls
Specifický impuls (často zkracovaný na Isp ) je způsob, jak popsat, jak dobře raketa funguje. Používá se také k popisu výkonu proudového motoru. Lze jej použít k porovnání raket různých velikostí. Je to způsob, jak zjistit, jakou sílu vyvíjí daný motor na každý kousek paliva. K tomu je třeba vědět, kolik paliva je v motoru. Vysoký specifický impuls znamená, že raketa potřebuje méně paliva, aby podala stejný výkon. Pokud je specifický impuls nižší, znamená to, že raketa potřebuje ke stejnému výkonu více paliva.
Měrný impuls je užitečná hodnota pro porovnání raketových nebo proudových motorů. Používá se podobně jako míle na galon nebo litry na 100 km pro porovnávání automobilů. Motor s vyšším specifickým impulsem lépe využívá palivo. To znamená, že stejné množství paliva umožňuje raketě letět rychleji i po vyčerpání veškerého paliva.
Raketový motor s vyšším specifickým impulsem neznamená, že je "výkonnější". To znamená, že raketa díky němu nezrychluje silněji. Ve skutečnosti jsou konstrukce motorů s nejvyšším specifickým impulsem, jako jsou iontové motory, "nejslabší" ze všech typů motorů. Urychlují raketu pomalu, ale stabilně po dlouhou dobu s použitím jen malého množství paliva. V závodě dvou raket se stejným množstvím paliva a dvěma různými motory se raketa s výkonnějším motorem dostane brzy do vedení, ale až spálí všechno palivo, raketě s vyšším specifickým impulsem ještě nějaké palivo zbude a bude pokračovat v urychlování. Nakonec předstihne svůj protějšek a závod vyhraje, pokud je vzdálenost dostatečně velká na to, aby mohla využít svou dlouhodobou výhodu.
Obrázek znázorňující sílu vyvinutou raketovým motorem Estes A10-PT v průběhu přibližně 1 sekundy. Jsou zde také informace o impulsu, množství paliva a specifickém impulsu.
Měření
Existují dva způsoby, jak lidé zjistí číslo pro konkrétní impuls. Měrný impuls se zjistí tak, že se impuls vydělí množstvím paliva. Impuls je měřítkem toho, jak velkou sílu raketový motor vyvíjí a jak dlouho. Motor, který vyvíjí malou sílu po dlouhou dobu, může mít někdy vyšší impuls než motor, který vyvíjí velkou sílu po krátkou dobu. Impuls se měří v newtonech krát sekunda (N*s).
Množství paliva použitého ke zjištění specifického impulsu lze měřit různými způsoby. Někdy se měří v hmotnosti, jindy v hmotnosti. Pokud se množství paliva měří v hmotnosti, měrný impuls se vyjadřuje jako rychlost. Ta se obvykle udává v metrech za sekundu. Když se specifický impuls měří jako rychlost, má jiný název. Nazývá se také efektivní rychlost výfukových plynů. Jiným způsobem měření množství paliva je hmotnost. Pokud se používá hmotnost, specifický impuls se udává v jednotkách času, obvykle v sekundách. Oba tyto způsoby jsou běžné. Oběma se porovnává výkon motorů.
Je-li specifický impuls vyšší, je k dosažení určitého výkonu rakety zapotřebí méně paliva. Pokud je tedy specifický impuls vyšší, je palivo účinnější.
Dávejte pozor, abyste nezaměňovali tah a specifický impuls. Tah je pouze síla, kterou raketa vyvíjí v jednom časovém okamžiku. Specifický impuls je měřítkem síly v závislosti na množství paliva.
Když lidé zjistí specifický impuls, počítá se pouze palivo v raketě před jejím odpálením. To zahrnuje palivo a okysličovadlo (část paliva, která pomáhá palivu hořet). Okysličovadlo je někdy kyslík, nebo často něco jiného (viz Raketový motor#Kalné, pevné a hybridní látky).
Příklady
| Specifický impuls různých způsobů tlačení rakety | |||
| Motor | Efektivní rychlost výfuku | Specifické | Energie na kg výfukových plynů |
| Proudový motor s turbodmychadlem | 29,000 | 3,000 | ~0.05 |
| Raketa na tuhé palivo | 2,500 | 250 | 3 |
| Raketa na kapalné palivo | 4,400 | 450 | 9.7 |
| Iontový pohon | 29,000 | 3,000 | 430 |
| Dvoustupňový elektrostatický iontový tryskač se čtyřmi mřížkami | 210,000 | 21,400 | 22,500 |
| VASIMR | 30,000-120,000 | 3,000-12,000 | 1,400 |
Tryskové (letecké) motory spotřebovávají palivo lépe než motory raketové. Je to proto, že plyny neunikají tak rychle. Protože neunikají tak rychle, výfukové plyny neodvádějí tolik energie. To znamená, že tryskový motor spotřebuje mnohem méně energie k pohonu trysky. Je to také proto, že vzduch, který prochází motorem, když tryska letí vzduchem, pomáhá palivu rychleji hořet.
Raketový model
Specifický impuls se také používá k popisu toho, jak dobře fungují raketové motory. V následující tabulce jsou uvedeny některé hodnoty specifických impulsů udávané společností Estes pro několik jejich raketových motorů: Estes Industries je velký a známý americký prodejce modelů raket a raketových dílů. Měrný impuls modelářských raketových motorů je mnohem nižší než u mnoha jiných raketových motorů, protože jako palivo se používá černý prach. Černý prach se v modelářských raketových motorech používá proto, že stojí méně.
| Motor | Celkový impulz (Ns) | Hmotnost paliva (N) | Měrný impuls (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 |
| Specifické impulsy pro několik raketových motorů Estes. | |||
Větší raketové motory
Zde je několik příkladů čísel pro větší raketové motory:
| Typ motoru | Příklad použití | Specifický impuls (s) | Efektivní rychlost výfuku (m/s) |
| raketový motor NK-33 | Vakuum | 331 | 3,240 |
| Raketový motor SSME | Vakuum v raketoplánu | 453 | 4,423 |
| Ramjet | Mach 1 | 800 | 7,877 |
| J-58 turbojet | SR-71 při Mach 3,2 (za mokra) | 1,900 | 18,587 |
| Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 | Plavba Concorde Mach 2 (suchý) | 3,012 | 29,553 |
| turboventilátor CF6-80C2B1F | Plavba Boeingem 747-400 | 5,950 | 58,400 |
| Turboventilátor General Electric CF6 | Hladina moře | 11,700 | 115,000 |
| Měrný impuls a efektivní rychlost výfukových plynů pro několik větších raketových motorů. | |||
Jednotky
| Specifický impulz | Měrný impulz | Efektivní rychlost výfuku | Specifická spotřeba paliva | |
| SI | =X sekund | =9,8066 X N-s/kg | =9,8066 X m/s | =(101,972/X) g/kN-s |
| Anglické jednotky | =X sekund | =X lbf-s/lb | =32,16 X ft/s | =(3,600/X) lb/lbf-h |
| Anglické jednotky a jednotky SI (metrická soustava) pro různá měření výkonu raketových motorů. | ||||
Nejběžnějším způsobem měření specifického impulzu jsou dnes sekundy. Používá se jak ve světě SI (metrická soustava), tak tam, kde se používají anglické jednotky. Jednotky jsou tak všude stejné. To znamená, že specifický impuls lze použít k porovnání výkonu motoru v kterékoli zemi. Většina společností, které vyrábějí raketové motory nebo proudové motory, používá k propagaci výkonu svých výrobků sekundy.
Jiný běžný způsob měření specifického impulsu je v metrech za sekundu (m/s), který se také nazývá efektivní rychlost výfuku. U mnoha motorů se efektivní rychlost výfuku liší od rychlosti, kterou plyny skutečně vycházejí z trysky.
Související stránky
- Proudový motor
- Impuls (fyzika) - změna hybnosti
Otázky a odpovědi
Otázka: Co je to specifický impuls?
A: Specifický impuls (často zkracovaný na Isp) je způsob, jak popsat, jak dobře funguje raketový nebo proudový motor. Lze jej použít k porovnání raket různých velikostí a k měření síly, kterou motor vyvine na každý kousek paliva.
Otázka: Jak se měří specifický impuls?
Odpověď: Specifický impuls se měří tak, že se zjistí, kolik paliva je v motoru, a vypočítá se, jakou sílu motor na toto množství paliva vyvine.
Otázka: Co znamená vysoký specifický impuls?
Odpověď: Vysoký specifický impuls znamená, že raketa potřebuje méně paliva, aby dosáhla stejného výkonu, takže využívá palivo efektivněji než raketa s nižším specifickým impulsem.
Otázka: Jak můžeme použít specifický impuls k porovnání motorů?
Odpověď: Specifický impuls lze použít podobně jako míle na galon nebo litry na 100 km pro porovnávání automobilů, což nám umožňuje porovnávat raketové nebo proudové motory na základě jejich účinnosti.
Otázka: Znamená vyšší specifický impuls, že je motor "výkonnější"?
Odpověď: Ne, vyšší specifický impuls nemusí nutně znamenat, že motor je "výkonnější". Ve skutečnosti jsou konstrukce motorů s nejvyšším specifickým impulsem obvykle nejslabší z hlediska akceleračního výkonu.
Otázka: Jak proti sobě závodí dvě rakety s různými motory, ale se stejným množstvím paliva?
Odpověď: V závodě dvou raket se stejným množstvím paliva a dvěma různými motory se raketa s výkonnějším motorem dostane brzy do vedení, ale až spálí všechno palivo, raketě s vyšším specifickým impulsem ještě nějaké palivo zbude a bude pokračovat ve zrychlování, až nakonec předstihne svůj protějšek, pokud bude mít dostatečný odstup, aby mohla využít své dlouhodobé výhody.
