Impulsul specific

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 31 mai 2021; verificările necesită 11 modificări .

Impulsul specific ( împingerea specifică), impulsul specific al motorului, impulsul specific volumetric al motorului [1] - un număr de echivalente, care diferă printr-o constantă, indicatori ai eficienței unui motor cu reacție în combinație cu combustibilul utilizat pentru rachetă (combustibil). pereche, fluid de lucru). Nu există o împărțire terminologică clară a acestor concepte, ceea ce poate duce la confuzie.

Termenii „impuls specific” și „împingere specifică” definesc aceeași valoare din unghiuri diferite: impulsul specific este raportul dintre ponderea impulsului creat de motor și greutatea relativă a ponderii consumate de combustibil la nivelul mării, măsurată în secunde; tracțiunea specifică este raportul dintre forța motorului și greutatea convențională (la nivelul mării) consumul de combustibil, măsurat în secunde [2] . Deoarece, cu această definiție, forța este măsurată în kilograme de forță (kgf) și consumul de fluid de lucru este măsurat în kilograme de greutate pe secundă (kgf/s), unitatea de impuls specific va fi în secunde kgf/(kgf). / s) \u003d s. Expresia impulsului specific în secunde se găsește de obicei în literatura științifică și tehnică tradițională.

Impulsul specific (împingerea) unui motor în SI este raportul dintre forța motorului, exprimat în newtoni (N) și consumul de combustibil în masă , măsurat în kilograme de masă pe secundă (kg/s), deci unitatea de impuls specific va fie metri pe secundă: N / (kg / s) \u003d kg m / s 2 / (kg / s) \u003d m / s. Impulsul specific al motorului corespunde turației efective la care motorul ejectează fluidul de lucru, presupunând că întregul fluid de lucru este ejectat strict împotriva vectorului de tracțiune la aceeași turație și nu există nicio interacțiune cu atmosfera prin diferența de presiune. cu ieșirea duzei. Deoarece un kilogram de forță este de g ori mai mare decât un newton (g este accelerația standard a căderii libere la nivelul mării), impulsul specific, exprimat în m/s, este numeric mai mare decât impulsul specific, exprimat în secunde, cu aproximativ de 9,81 ori.

Impulsul specific volumetric al unui motor este raportul dintre forța motorului și consumul volumetric de combustibil, măsurat în . Raportul dintre impulsul specific volumetric al motorului și impulsul specific al motorului este egal cu densitatea combustibilului. ${\text{kg}}/({\text{m}}^{2}{\text{s)))$

Definiții

Impulsul specific (împingerea specifică) este prin definiție egal cu:

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

Unde

$v_{a{\text{eff}})$ este viteza efectivă de expirare a fluidului de lucru, m/s;
$P$ — tracțiunea motorului, N;
$g_{o}$ este accelerația în cădere liberă la nivelul mării, ; ${\text{m}}/{\text{c}}^{2}$
${\dot {m}}={\text{d}}m/{\text{d}}t$ — consumul de combustibil în masă, kg/s.

Impulsul specific al unui motor este, prin definiție,

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

Impulsul specific volumetric al unui motor este, prin definiție, egal cu

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

unde este densitatea combustibilului, [3] . $\rho$ ${\text{m}}/{\text{c}}^{2}$

În definițiile de mai sus, se presupune că tracțiunea motorului este reală în condițiile pentru care sunt determinate aceste valori. In functie de presiunea ambientala, tractiunea motorului difera de cea calculata prin raport $P$

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

Unde

$P_{0)$ este tracțiunea calculată a motorului atunci când presiunea la ieșirea duzei coincide cu presiunea gazului ambiental, N;
$p_{a}$ este presiunea la secțiunea de ieșire a duzei, Pa;
$p$ este presiunea mediului neperturbat, Pa;
$S$ este aria secțiunii de evacuare a duzei, . ${\text{m}}^{2}$

Astfel, impulsul specific determinat al motorului prin tracțiunea calculată este exprimat ca

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

unde este impulsul specific calculat al motorului, egal cu viteza de evacuare a fluidului de lucru de către motor. Valoarea aproximativă a acestei turații pentru motoarele care utilizează un fluid de lucru gazos este determinată de expresia, cunoscută în mod popular sub numele de „formula Y”: $v_{a}$

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

Unde

$\gamma$ este indicele adiabatic al produselor de ardere;
$R$ — constanta individuală de gaz, J/(K·kg);
$T_{\text{os})$ , sunt temperatura și presiunea gazului la intrarea în partea convergentă a duzei, K și Pa. $p_{\text{os})$

Comparația eficienței diferitelor tipuri de motoare

Impulsul specific este un parametru important al motorului care îi caracterizează randamentul. Această valoare nu este direct legată de eficiența energetică a combustibilului și de forța motorului, de exemplu, motoarele ionice au o tracțiune foarte mică, dar datorită impulsului lor specific ridicat sunt folosite ca motoare de manevră în tehnologia spațială.

Pentru motoarele cu reacție de aer (WJ) valoarea impulsului specific este cu un ordin de mărime mai mare decât pentru motoarele cu rachete chimice datorită faptului că oxidantul și fluidul de lucru provin din mediul înconjurător și consumul lor nu este luat în considerare în formulă. pentru calcularea impulsului, în care apare doar consumul de masă de combustibil . Cu toate acestea, utilizarea mediului la viteze mari determină degenerarea WFD-urilor – impulsul lor specific scade odată cu creșterea vitezei. Valoarea dată în tabel corespunde vitezelor subsonice.

Valoarea dată a impulsului specific pentru motoarele de rachetă cu propulsie lichidă (LRE) corespunde indicatorilor de eficiență ai oxigenului modern - hidrogen LRE în vid. Cea mai mare valoare demonstrată vreodată în practică a fost obținută folosind o schemă tricomponent litiu / hidrogen / fluor și este de 542 secunde (5320 m/s), dar nu a fost găsită aplicare practică din cauza dificultăților tehnologice [5] [6] .

Impuls specific tipic pentru diferite tipuri de motoare

Motor	Impulsul specific motorului	Împingere specifică
Motor	Domnișoară	Cu
Motor cu reacție cu turbină cu gaz	30.000 (oxidantul și fluidul de lucru sunt luate din mediu)	3000
Motor rachetă cu combustibil solid	2650	270
Motor rachetă cu combustibil lichid	4600	470
Motor rachetă electric	10.000–100.000 [7]	1000–10.000
motor ionic	30.000	3000
Motor cu plasmă	290 000	30.000

Vezi și

formula lui Ciolkovski
Valori specifice de impuls atunci când se utilizează hidrazină

Note

Comentarii

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

unde: M este greutatea moleculară medie a produselor de ardere exprimată în g/mol, o astfel de formulă nu poate fi corectă.

Literatură și surse folosite

↑ GOST 17655-89. Motoare cu rachete lichide. Termeni și definiții . Preluat la 25 mai 2020. Arhivat din original la 18 septembrie 2018. (nedefinit)
↑ Feodosyev V.I. Fundamentele tehnologiei de zbor cu rachete . - Moscova: „Nauka”, 1979. - S. 24. - 496 p.
↑ Alemasov V. E., Dregalin A. F., Tishin A. P. Teoria motoarelor rachete / Ed. acad. V. P. Glushko. - Ed. a 3-a. - M . : Mashinostroenie, 1980. - S. 16-23. Arhivat pe 21 iunie 2021 la Wayback Machine
↑ A.A. Gurtova, A.V. Ivanov, G.I. Skomorokhov, D.P. Şmatov. CALCULUL ŞI PROIECTAREA UNITĂŢILOR LRE . - Voronej: Universitatea Tehnică de Stat Voronezh, 2016. - P. 45. - 168 p. Arhivat pe 2 ianuarie 2022 la Wayback Machine
↑ ARBIT, HA, CLAPP, SD, DICKERSON, RA, NAGAI, CK, Caracteristicile de combustie ale combinației tripropulsante fluor-litiu/hidrogen. INST AMERICAN DE AERONAUTICĂ ȘI ASTRONAUTICĂ, PROPULSION JOINT SPECIALIST CONFERENCE, a 4-a, CLEVELAND, OHIO, 10-14 iunie 1968. (engleză)
↑ Studiu tripropelant litiu-fluor-hidrogen Arhivat la 15 mai 2010 la Wayback Machine , ARBIT, HA, et al., Rocketdine , NASA , 1968
↑ Motor de rachetă electric - articol din Marea Enciclopedie Sovietică .

Link -uri

Tom Benson, Specific Impulse / Ghidul începătorului de aeronautică // Glenn Research Center, NASA
Spakovszky ZS 14.1 Impingerea și impulsul specific pentru rachete / 16.Unificat: Thermodynamics and Propulsion // MIT, 2006 (ing.)
GOST 17655-89. Motoare cu rachete lichide. Termeni și definiții .