სპეციფიკური იმპულსი (SP) არის საზომი, თუ რამდენად ეფექტურად იყენებს რაკეტა ან ძრავა საწვავს. განმარტებით, ეს არის მოხმარებული სიმძლავრის ერთეულზე მიწოდებული მთლიანი ტალღა და ზომით ექვივალენტურია წარმოქმნილი ბიძგის გაყოფა მასის ნაკადზე. თუ კილოგრამები გამოიყენება როგორც საწვავის ერთეული, მაშინ სპეციფიკური იმპულსი იზომება სიჩქარის მიხედვით. თუ მის ნაცვლად გამოიყენება წონა ნიუტონებში ან ფუნტ-ძალაში, მაშინ კონკრეტული მნიშვნელობა გამოიხატება დროის მიხედვით, ყველაზე ხშირად წამებში.
ნაკადის სიჩქარის გამრავლება სტანდარტული გრავიტაციით გარდაქმნის GI მასად.
ციოლკოვსკის განტოლება
მაღალი მასის ძრავის სპეციფიკური იმპულსი უფრო ეფექტურად გამოიყენება წინა ბიძგის წარმოქმნისთვის. ხოლო რაკეტის გამოყენების შემთხვევაში ნაკლები საწვავია საჭირო. სწორედ ის არის საჭირო ამ დელტა-ვ. განტოლების მიხედვითციოლკოვსკის, რაკეტის ძრავის სპეციფიკურ იმპულსში, ძრავა უფრო ეფექტურია ასვლაში, მანძილსა და სიჩქარეში. ეს შესრულება ნაკლებად მნიშვნელოვანია რეაქტიულ მოდელებში. რომლებიც იყენებენ ფრთებს და გარე ჰაერს წვისთვის. და ატარეთ ტვირთი, რომელიც საწვავზე ბევრად მძიმეა.
სპეციფიკური იმპულსი მოიცავს მოძრაობას, რომელიც წარმოიქმნება გარე ჰაერით, რომელიც გამოიყენება წვისთვის და გამოიფიტა დახარჯული საწვავით. რეაქტიული ძრავები ამისთვის იყენებენ გარე ატმოსფეროს. და ამიტომ მათ აქვთ ბევრად უფრო მაღალი ინტერფეისი, ვიდრე სარაკეტო ძრავები. ამ კონცეფციას, მოხმარებული საწვავის მასის თვალსაზრისით, აქვს დროთა განმავლობაში მანძილის საზომი ერთეული. რომლებიც არის ხელოვნური მნიშვნელობა, რომელსაც ეწოდება "გამონაბოლქვი აირის ეფექტური სიჩქარე". ეს უფრო მაღალია, ვიდრე რეალური გამონაბოლქვი სიჩქარე. რადგან წვისთვის განკუთვნილი ჰაერის მასა არ არის გათვალისწინებული. გამონაბოლქვის რეალური და ეფექტური სიჩქარე იგივეა სარაკეტო ძრავებში, რომლებიც არ იყენებენ ჰაერს ან წყალს, მაგალითად.
ზოგადი მოსაზრებები
საწვავის რაოდენობა ჩვეულებრივ იზომება მასის ერთეულებში. თუ ის გამოიყენება, მაშინ სპეციფიკური იმპულსი არის იმპულსი თითო EM-ზე, რომელსაც, როგორც ზომის ანალიზი აჩვენებს, აქვს სიჩქარის ერთეული. ასე რომ, UI ხშირად იზომება მეტრებში წამში. და ხშირად მოიხსენიება, როგორც გამონაბოლქვის ეფექტური სიჩქარე. თუმცა, თუ მასა გამოიყენება, საწვავის სპეციფიური იმპულსი გაყოფილი ძალზე აღმოჩნდება დროის ერთეული. ასე რომ, კონკრეტული ბიძგები იზომება წამებში.
თანამედროვე სამყაროში სწორედ ეს წესია მთავარი და ფართოდ გამოიყენებაკოეფიციენტი r0 (გრავიტაციული აჩქარების მუდმივი დედამიწის ზედაპირზე).
აღსანიშნავია, რომ რაკეტის იმპულსის (მათ შორის საწვავის) ცვლილების სიჩქარე დროის ერთეულზე უდრის სპეციფიკური ბიძგების იმპულსს.
სპეციფიკა
რაც უფრო მაღალია ბიძგი, მით ნაკლები საწვავია საჭირო მოცემული ბიძგის წარმოქმნისთვის გარკვეული დროის განმავლობაში. ამ მხრივ, სითხე უფრო ეფექტურია, მით უფრო დიდია მისი ინტერფეისი. თუმცა, ეს არ უნდა აგვერიოს ენერგოეფექტურობასთან, რომელიც შეიძლება შემცირდეს ბიძგის მატებასთან ერთად, რადგან ძრავის სპეციფიკური იმპულსი, რომელიც მაღალ შედეგებს იძლევა, ამისათვის დიდ ენერგიას მოითხოვს.
ასევე, მნიშვნელოვანია განვასხვავოთ და არ ავურიოთ მოზიდვა კონკრეტულ ბიძგში. UI იქმნება მოხმარებული საწვავის ერთეულზე. და ბიძგი არის მყისიერი ან პიკური ძალა, რომელიც წარმოიქმნება კონკრეტული მოწყობილობის მიერ. ხშირ შემთხვევაში, ძალიან მაღალი სპეციფიკური იმპულსური მამოძრავებელი სისტემები - ზოგიერთი იონური დანადგარი აღწევს 10000 წამს - წარმოქმნის დაბალ ბიძგს.
ბიძგის გაანგარიშებისას მხედველობაში მიიღება მხოლოდ ის საწვავი, რომელიც მანქანასთან ერთად ატარებს გამოყენებამდე. მაშასადამე, რაკეტის ქიმიკოსისთვის, მასაში შედის როგორც საწვავი, ასევე ოქსიდიზატორი. ჰაერით ამოსუნთქული ძრავებისთვის მხედველობაში მიიღება მხოლოდ სითხის რაოდენობა და არა ძრავში გამავალი ჰაერის მასა.
ატმოსფერული წევა და მცენარის უუნარობა შეინარჩუნოს მაღალი სპეციფიკური იმპულსი მაღალი წვის სიჩქარით არის ზუსტად მიზეზი იმისა, რომ ყველა საწვავი რაც შეიძლება სწრაფად არ გამოიყენება.
უფრო მძიმეკარგი MI-ის მქონე ძრავა შეიძლება არ იყოს ისეთი ეფექტური ცოცვაში, დისტანციაში ან სიჩქარეში, როგორც მსუბუქი ინსტრუმენტი ცუდი შესრულებით
რომ არა ჰაერის წინააღმდეგობა და საწვავის შემცირებული მოხმარება ფრენის დროს, MI იქნებოდა ძრავის ეფექტურობის პირდაპირი საზომი მასის წინ გადაადგილებაში.
სპეციფიკური იმპულსი წამებში
ყველაზე გავრცელებული ერთეული კონკრეტული ბიძგისთვის არის Hs. როგორც SI-ს კონტექსტში, ასევე იმ შემთხვევებში, როდესაც გამოიყენება იმპერიული ან ჩვეულებრივი ღირებულებები. წამების უპირატესობა ის არის, რომ საზომი ერთეული და რიცხვითი მნიშვნელობა ყველა სისტემისთვის ერთნაირია და არსებითად უნივერსალურია. თითქმის ყველა მწარმოებელი ასახელებს ძრავის მუშაობას წამებში. და ასეთი მოწყობილობა ასევე სასარგებლოა თვითმფრინავის მოწყობილობის სპეციფიკის დასადგენად.
გამონაბოლქვის ეფექტური სიჩქარის დასადგენად წამში მეტრის გამოყენება ასევე საკმაოდ გავრცელებულია. ეს ბლოკი ინტუიციურია სარაკეტო ძრავების აღწერისას, თუმცა მოწყობილობების გამონაბოლქვის ეფექტური სიჩქარე შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს რეალურისგან. ეს, სავარაუდოდ, გამოწვეულია საწვავის და ოქსიდიზატორის გადაყრით ტურბოტუმბოების ჩართვის შემდეგ. საჰაერო სუნთქვის რეაქტიული ძრავებისთვის, გამონაბოლქვის ეფექტურ სიჩქარეს არ აქვს ფიზიკური მნიშვნელობა. თუმცა ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას შედარებისთვის.
ერთეული
მნიშვნელობები გამოხატული Ns-ში (კილოგრამებში) არ არის იშვიათი და რიცხობრივად ტოლია გამონაბოლქვის ეფექტური სიჩქარე მ/წმ-ში (ნიუტონის მეორე კანონიდან და მისიგანმარტებები).
სხვა ექვივალენტური ერთეული არის საწვავის სპეციფიკური მოხმარება. მას აქვს საზომი ერთეულები, როგორიცაა g (kN s) ან lb/hr. რომელიმე ეს ერთეული უკუპროპორციულია კონკრეტული იმპულსის მიმართ. და საწვავის მოხმარება ფართოდ გამოიყენება რეაქტიული ძრავების მუშაობის აღსაწერად.
ზოგადი განმარტება
ყველა სატრანსპორტო საშუალებისთვის სპეციფიური იმპულსი (დედამიწაზე საწვავის წონის ერთეულზე ბიძგი) წამებში შეიძლება განისაზღვროს შემდეგი განტოლებით.
სიტუაციის გასარკვევად, მნიშვნელოვანია იმის გარკვევა, რომ:
- F არის მიზიდულობის სტანდარტული ძალა, რომელიც ნომინალურად არის გამოხატული, როგორც სიმძლავრე დედამიწის ზედაპირზე, მ/წმ 2-ში (ან ფუტი/წმ კვადრატში).
- g არის მასის ნაკადის სიჩქარე კგ/წმ-ში, რომელიც უარყოფითია მანქანის მასის ცვლილების სიჩქარის მიმართ დროთა განმავლობაში (როგორც საწვავი გამოიდევნება).
გაზომვა
ინგლისური ერთეული, ფუნტი, უფრო ხშირად გამოიყენება, ვიდრე სხვა ერთეულები. და ასევე წამში ამ მნიშვნელობის გამოყენებისას ნაკადის სიჩქარისთვის, კონვერტაციისას მუდმივი r 0 ხდება არასაჭირო. როგორც ეს ხდება ფუნტის განზომილებიანი ექვივალენტი გაყოფილი გ 0-ზე.
I sp in წამებში არის დრო, რომლის დროსაც მოწყობილობას შეუძლია წარმოქმნას რაკეტის ძრავის ბიძგების სპეციფიკური იმპულსი, იმ საწვავის რაოდენობის გათვალისწინებით, რომლის წონა უდრის ბიძგს.
ამ ფორმულირების უპირატესობა ის არის, რომ მისი გამოყენება შესაძლებელიარაკეტები, სადაც მთელი რეაქციის მასა ტრანსპორტირდება ბორტზე, ასევე თვითმფრინავებისთვის, სადაც რეაქციის მასის უმეტესი ნაწილი აღებულია ატმოსფეროდან. ასევე, ის იძლევა შედეგს, რომელიც დამოუკიდებელია გამოყენებული ერთეულებისგან.
სპეციფიკური იმპულსი, როგორც სიჩქარე (ეფექტური გამონაბოლქვი სიჩქარე)
განტოლებაში g 0 გეოცენტრული ფაქტორის გამო, ბევრს ამჯობინებს რაკეტის ბიძგის განსაზღვრა (კერძოდ) ბიძგის მიხედვით საწვავის ნაკადის მასაზე. ეს არის თანაბრად სწორი (და გარკვეულწილად უფრო მარტივი) გზა საწვავის სპეციფიკური იმპულსური ეფექტურობის დასადგენად. თუ სხვა ვარიანტებს განვიხილავთ, სიტუაცია თითქმის ყველგან იგივე იქნება. გარკვეული სპეციფიური იმპულსის რაკეტები უბრალოდ გამონაბოლქვის ეფექტური სიჩქარეა მოწყობილობასთან შედარებით. კონკრეტული ბიძგის ორი ატრიბუტი ერთმანეთის პროპორციულია და დაკავშირებულია შემდეგნაირად.
ფორმულის გამოსაყენებლად, თქვენ უნდა გესმოდეთ, რომ:
- I - სპეციფიკური იმპულსი წამებში.
- v - ბიძგი, გაზომილი მ/წმ-ში. რომელიც უდრის ეფექტური გამონაბოლქვის სიჩქარეს, გაზომილი მ/წმ-ში (ან ფუტ/წმ, გ მნიშვნელობის მიხედვით).
- გ არის გრავიტაციის სტანდარტი, 9,80665 მ/წმ 2. იმპერიულ ერთეულებში 32,174 ფუტი/წმ 2.
ეს განტოლება ასევე ეხება რეაქტიულ ძრავებს, მაგრამ იშვიათად გამოიყენება პრაქტიკაში.
გაითვალისწინეთ, რომ ზოგჯერ გამოიყენება სხვადასხვა სიმბოლოები. მაგალითად, c ასევე განიხილება გამონაბოლქვის სიჩქარეზე. ხოლო სიმბოლოsp ლოგიკურად შეიძლება გამოყენებულ იქნას UI-სთვის N s/kg ერთეულებში. დაბნეულობის თავიდან ასაცილებლად, სასურველია მისი დაჯავშნა კონკრეტული მნიშვნელობისთვის, რომელიც იზომება აღწერის დაწყებამდე წამებში.
ეს უკავშირდება რაკეტის ძრავის სპეციფიკური იმპულსის ბიძგს ან მოძრაობის ძალას, ფორმულას.
აქ m არის საწვავის მასის მოხმარება, რაც არის მანქანის სიდიდის შემცირების მაჩვენებელი.
მინიმიზაცია
რაკეტამ უნდა ატაროს მთელი მისი საწვავი. ამიტომ, დაუწვარი საკვების მასა თავად მოწყობილობასთან ერთად უნდა დაჩქარდეს. საწვავის ოდენობის მინიმიზაცია, რომელიც საჭიროა მოცემული ბიძგის მისაღწევად, მნიშვნელოვანია ეფექტური რაკეტების შესაქმნელად.
ციოლკოვსკის სპეციფიკური იმპულსური ფორმულა გვიჩვენებს, რომ რაკეტისთვის მოცემული ცარიელი მასით და გარკვეული რაოდენობის საწვავით, სიჩქარის მთლიანი ცვლილება შეიძლება მიღწეული იყოს გამონაბოლქვის ეფექტური სიჩქარის პროპორციულად.
კოსმოსური ხომალდი პროპელერის გარეშე მოძრაობს ორბიტაზე, რომელიც განისაზღვრება მისი ტრაექტორიით და ნებისმიერი გრავიტაციული ველით. გადახრები შესაბამისი სიჩქარის ნიმუშიდან (ე.წ. Δv) მიიღწევა გამონაბოლქვი აირების მასის სასურველი ცვლილების საპირისპირო მიმართულებით დაჭერით.
ფაქტობრივი სიჩქარე ეფექტური სიჩქარის წინააღმდეგ
აქ უნდა აღინიშნოს, რომ ეს ორი კონცეფცია შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს. მაგალითად, ატმოსფეროში რაკეტის გაშვებისას, ძრავის გარეთ ჰაერის წნევა იწვევსდამუხრუჭების ძალა. რაც ამცირებს სპეციფიკურ იმპულსს და მცირდება გამონაბოლქვის ეფექტური სიჩქარე, ხოლო რეალური სისწრაფე პრაქტიკულად უცვლელი რჩება. გარდა ამისა, ზოგჯერ სარაკეტო ძრავებს აქვთ ცალკე საქშენი ტურბინის გაზისთვის. გამონაბოლქვის ეფექტური სიჩქარის გამოთვლა მოითხოვს ორი მასის ნაკადის საშუალოდ გაანგარიშებას და ასევე ნებისმიერი ატმოსფერული წნევის გათვალისწინებას.
ეფექტურობის გაზრდა
ჰაერით ჩასუნთქული რეაქტიული ძრავებისთვის, განსაკუთრებით ტურბოფენებისთვის, გამონაბოლქვის რეალური სიჩქარე და ეფექტური სიჩქარე განსხვავდება მასშტაბების რამდენიმე რიგით. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ჰაერის, როგორც რეაქციის მასის გამოყენებისას, მნიშვნელოვანი დამატებითი იმპულსი მიიღწევა. ეს საშუალებას იძლევა უკეთესად შეესაბამებოდეს ჰაერის სიჩქარეს და გამონაბოლქვის სიჩქარეს, რაც დაზოგავს ენერგიას და საწვავს. და მნიშვნელოვნად ზრდის ეფექტურ კომპონენტს და ამცირებს რეალურ სისწრაფეს.
ენერგოეფექტურობა
რაკეტებისთვის და რაკეტის მსგავსი ძრავებისთვის, როგორიცაა იონური მოდელები, sp გულისხმობს დაბალ ენერგოეფექტურობას.
ამ ფორმულაში, v e არის ნაკადის რეალური სიჩქარე.
აქედან გამომდინარე, საჭირო ძალა პროპორციულია თითოეული გამონაბოლქვი სიჩქარის. უფრო მაღალი სიჩქარით, გაცილებით მეტი სიმძლავრეა საჭირო ერთი და იგივე ბიძგისთვის, რაც იწვევს ენერგოეფექტურობას ერთი ერთეულით.
თუმცა, მისიის მთლიანი ენერგია დამოკიდებულია საწვავის მთლიან მოხმარებაზე, ისევე როგორც იმაზე, თუ რამდენი ენერგიაა საჭირო ერთეულზე. გამონაბოლქვი დაბალი სიჩქარისთვისრაც შეეხება დელტა-ვ მისიას, საჭიროა სარეაქციო მასის უზარმაზარი რაოდენობა. სინამდვილეში, ამ მიზეზით, გამონაბოლქვის ძალიან დაბალი სიჩქარე არ არის ენერგოეფექტური. მაგრამ აღმოჩნდა, რომ არცერთ ტიპს არ აქვს უმაღლესი ქულები.
ცვლადი
თეორიულად, მოცემული დელტა-v-სთვის სივრცეში, გამონაბოლქვის სიჩქარის ყველა ფიქსირებული მნიშვნელობებს შორის, ve=0.6275 არის ყველაზე ენერგოეფექტური მოცემული საბოლოო მასისთვის. მეტის გასაგებად, შეგიძლიათ იხილოთ ენერგია კოსმოსური ხომალდის მამოძრავებელ აპარატში.
თუმცა, გამონაბოლქვის ცვლადი სიჩქარე შეიძლება კიდევ უფრო ენერგოეფექტური იყოს. მაგალითად, თუ რაკეტა აჩქარებულია გარკვეული დადებითი საწყისი სიჩქარით გამონაბოლქვის სიჩქარის გამოყენებით, რომელიც უდრის პროდუქტის სიჩქარეს, არ იკარგება ენერგია, როგორც რეაქციის მასის კინეტიკური კომპონენტი. როგორც სტაციონარული ხდება.
