Spesifik dürtü

Spesifik ivme bir roket motoru değişimdir ivme püskürtülen başına kütle (yanma gazları ya da destek kütlesi ). Spesifik dürtü, atılan kütlenin etkin çıkış hızı ile artar. Motorun boyutu ne olursa olsun, bir sürücü veya yakıt için önemli bir parametredir. ${\ displaystyle I _ {\ matematik {sp}}}$

Belirli bir darbe birimidir saniyede metre (m / s), ile aynı hızda . Roket motorları söz konusu olduğunda, kütleyi normal düşme ivmesi altındaki ağırlığı olarak tanımlamak için bundan sapmak gelenekseldir , burada (ağırlık) özgül itki s biriminde gösterilir. Bu birimde verilen özel bir darbe dönüştürülebilir SI-uyumlu bir değer haline bağlı olarak 9,806 m / s civarında bir yerçekimi ivmesi ile çarpılarak ² .

tanım

Spesifik dürtü

${\ displaystyle I _ {\ matrm {sp}} = {\ frac {\ matrm {d} p} {\ matrm {d} m}} = {\ frak {\ nokta {p}} {\ nokta {m} } } = {\ frac {F} {\ nokta {m}}}}$

ile ivme ve çıkartılan kitle noktalar için durmak , zaman türevi. böyledir ağırlık aktarımı . Sonuçta ortaya çıkan momentum değişim hızına , kuvvete itme denir . Momentum kütle çarpı hız boyutuna sahip olduğundan ve kütle birbirini götürdüğünden, SI-uyumlu birim m / s, İngiliz ft / s'dir. ${\ görüntü stili p}$${\ görüntü stili m.}$${\ displaystyle {\ tfrac {\ matematik {d}} {\ matematik {d} t}}}$${\ görüntü stili {\ nokta {m}}}$${\ görüntü stili {\ nokta {p}}}$ ${\ görüntü stili F}$${\ displaystyle I _ {\ matematik {sp}}}$

Spesifik momentumu yerçekimine bağlı standart ivmeye bölerek, zaman ( ) nicelik tipinin fiziksel bir niceliği elde edilir . ${\ displaystyle g_ {0}}$${\ displaystyle I _ {\ matematik {sp}} / g_ {0}}$

Motorlar için örnek değerler

Bir kimyasal roket motorunun özgül darbesi, çıkış hızı tarafından belirlenir (reaksiyon entalpisi ve yakıtın yoğunluğu , elde edilen sıcaklık artışı veya reaksiyon hızı, yanmanın tasarımı ve eksiksizliği ile belirlenir). Günümüzde kullanılan yakıt kombinasyonlarında en yüksek özgül darbeler hidrojen + oksijen ve hidrojen + flor ile elde edilmektedir. Deneysel olarak elde edilen en yüksek değer 4600 m/s civarındadır ( RL-10B2 ve Vinci motor ).

İyon iticiler, iyonları hızlandırmak için elektrik alanları kullanır. Bu amaçla bir çalışma ortamı iyonize edilir. Uygulanan voltaja bağlı olarak iyonlar çok yüksek hızlara, teorik olarak neredeyse ışık hızına kadar hızlandırılabilir. Mevcut iyon iticileri 30 ila 40 km/s'lik özel itmelere sahiptir, ESA'nın çift ​​aşamalı 4 ızgaralı iyon sürücüsü (DS4G) 210 km/s'lik özel bir itme elde etmiştir.

uygulama

Bir roket motorunun özgül momentumu, ortam basıncına bağlıdır. İnşaatı Laval memesi olan optimize için bir özel nihai basınca. Üst dereceler, bir vakumda en yüksek özgül dürtüyü geliştirir. Alt kademelerde dış basıncın yaklaşık yüzde 40'ının altına genişleyemeyeceğinizden, topraktan yola çıkarken, maksimum ulaşılabilir özgül dürtü, atmosfer basıncı nedeniyle yüzde 10 ila 15 daha düşüktür. Aksi takdirde, normal olarak kullanılan çan nozulları akışta bir kesintiye neden olacaktır ( Summerfield kriteri ). Hem havada hem de vakumda eşit derecede verimli çalışan bir alternatif, aerospike motorudur.

Kütleye özgü darbe, SI birimlerinde gazların etkin çıkış hızını temsil ettiğinden , roketin son hızı , dolu ve boş kütle ile birlikte Ziolkowski'nin temel roket denkleminden hesaplanabilir.

Hacme özgü dürtü , atmosfer içinde kullanılan roketler için olduğu kadar, bir siloda veya mümkün olduğunca küçük bir nakliye konteynerinde barındırılması gereken askeri roketler için de önemlidir, çünkü kişi daha sonra inşa etmek ister. mümkün olduğunca kompakt, yani düşük hava direncine sahip. Spesifik darbenin yakıtın yoğunluğu ile çarpılmasıyla oluşturulur : ${\ displaystyle V _ {\ matematik {Isp}}}$${\ görüntü stili \ rho}$

${\ displaystyle V _ {\ matematik {Isp}} = \ rho I _ {\ matematik {sp}}}$

Örneğin, nitrojen tetroksitin hidrazin varyantları ile kombinasyonunun özgül dürtüsü , sıvı oksijen ve kerosenden biraz daha küçüktür . Ancak yoğunluk daha yüksektir ve bu nedenle daha küçük bir füze elde edersiniz.

İnternet linkleri

• Tahrik Çift kademeli Gridlenmiş İyon Pervane (DS4G) ( Memento Şubat 27, 2014 , Internet Archive )
• RL-10 Özellikleri (Rocketdyne) ( Memento Şubat 10, 2010 dan Internet Archive )
• Spesifik dürtüler . NASA Glenn Araştırma Merkezi

Bireysel kanıt

1. ↑ Emma Young: Süper güçlü yeni iyon motoru ortaya çıktı. New Scientist, 18 Ocak 2006, erişim tarihi 18 Kasım 2013 .