Xung kích cụ thể (SP) là thước đo mức độ hiệu quả của tên lửa hoặc động cơ sử dụng nhiên liệu. Theo định nghĩa, đây là tổng mức tăng được phân phối trên một đơn vị điện năng tiêu thụ và có kích thước tương đương với lực đẩy được tạo ra chia cho lưu lượng khối lượng. Nếu kilôgam được sử dụng làm đơn vị của chất đẩy, thì xung cụ thể được đo bằng vận tốc. Nếu trọng lượng bằng niutơn hoặc pound-force được sử dụng thay thế, thì giá trị cụ thể được biểu thị theo thời gian, phổ biến nhất là tính bằng giây.
Nhân vận tốc dòng chảy với trọng lực tiêu chuẩn sẽ chuyển GI thành khối lượng.
Phương trình Tsiolkovsky
Xung lực cụ thể của động cơ có khối lượng lớn hơn được sử dụng hiệu quả hơn để tạo ra lực đẩy về phía trước. Và trong trường hợp tên lửa được sử dụng, lượng nhiên liệu cần thiết sẽ ít hơn. Chính anh ta là người cần thiết cho delta-v này. Theo phương trìnhTsiolkovsky, trong xung lực cụ thể của động cơ tên lửa, động cơ hoạt động hiệu quả hơn về khả năng leo núi, khoảng cách và tốc độ. Hiệu suất này ít quan trọng hơn trong các mô hình phản ứng. Trong đó sử dụng cánh và không khí bên ngoài để đốt cháy. Và chở một trọng tải nặng hơn nhiều so với nhiên liệu.
Xung lực cụ thể bao gồm chuyển động được tạo ra bởi không khí bên ngoài được sử dụng để đốt cháy và bị cạn kiệt bởi nhiên liệu đã qua sử dụng. Động cơ phản lực sử dụng bầu không khí bên ngoài cho việc này. Và do đó chúng có giao diện người dùng cao hơn nhiều so với động cơ tên lửa. Khái niệm này, theo quan điểm của khối lượng nhiên liệu tiêu thụ, có đơn vị đo khoảng cách theo thời gian. Đó là một giá trị nhân tạo được gọi là "vận tốc khí thải hiệu dụng". Đây là cao hơn vận tốc xả thực tế. Bởi vì khối lượng không khí để đốt cháy không được tính đến. Tốc độ xả thực tế và hiệu quả giống nhau ở động cơ tên lửa không sử dụng không khí hoặc nước, chẳng hạn.
Những lưu ý chung
Lượng nhiên liệu thường được đo bằng đơn vị khối lượng. Nếu nó được sử dụng, thì xung cụ thể là xung trên mỗi EM, như thể hiện trong phân tích kích thước, có đơn vị vận tốc. Và do đó, giao diện người dùng thường được đo bằng mét trên giây. Và thường được gọi là tốc độ hiệu quả của ống xả. Tuy nhiên, nếu sử dụng khối lượng, xung cụ thể của nhiên liệu chia cho lực sẽ trở thành một đơn vị thời gian. Và số lượt đẩy cụ thể được tính bằng giây.
Đó là quy tắc chính trong thế giới hiện đại, được sử dụng rộng rãi vớihệ số r0(hằng số của gia tốc trọng trường trên bề mặt Trái đất).
Cần lưu ý rằng tốc độ thay đổi xung lực của tên lửa (bao gồm cả nhiên liệu của nó) trên một đơn vị thời gian bằng với xung lực đẩy cụ thể.
Cụ thể
Lực đẩy càng cao thì càng cần ít nhiên liệu để tạo ra một lực đẩy nhất định trong một khoảng thời gian nhất định. Về mặt này, chất lỏng hiệu quả hơn, giao diện người dùng của nó càng lớn. Tuy nhiên, điều này không nên nhầm lẫn với hiệu suất năng lượng, có thể giảm khi tăng lực đẩy, vì xung cụ thể của động cơ, mang lại kết quả cao, cần rất nhiều năng lượng để thực hiện điều này.
Ngoài ra, điều quan trọng là phải phân biệt và không nhầm lẫn giữa một lực kéo với một lực đẩy cụ thể. Giao diện người dùng được tạo trên mỗi đơn vị nhiên liệu tiêu thụ. Và lực đẩy là lực tức thời hoặc lực đỉnh được tạo ra bởi một thiết bị cụ thể. Trong nhiều trường hợp, các hệ thống đẩy xung cụ thể rất cao - một số cài đặt ion đạt đến 10.000 giây - tạo ra lực đẩy thấp.
Khi tính toán lực đẩy, chỉ tính đến nhiên liệu mang theo xe trước khi sử dụng. Do đó, đối với một nhà hóa học tên lửa, khối lượng sẽ bao gồm cả chất đẩy và chất oxy hóa. Đối với động cơ thở bằng không khí, chỉ tính đến lượng chất lỏng chứ không tính đến khối lượng không khí đi qua động cơ.
Lực cản của khí quyển và việc nhà máy không có khả năng duy trì xung lực cụ thể cao ở tốc độ đốt cháy cao chính là lý do tại sao tất cả nhiên liệu không được sử dụng nhanh nhất có thể.
Nặng hơnmột động cơ có MI tốt có thể không hiệu quả trong việc leo núi, khoảng cách hoặc tốc độ như một thiết bị nhẹ có hiệu suất kém
Nếu không phải vì lực cản không khí và giảm tiêu thụ nhiên liệu trong chuyến bay, MI sẽ là thước đo trực tiếp hiệu quả của động cơ trong việc chuyển đổi khối lượng thành lực đẩy về phía trước.
Thúc đẩy cụ thể trong vài giây
Đơn vị phổ biến nhất cho một lần đẩy cụ thể là Hs. Cả trong ngữ cảnh của SI và trong các trường hợp sử dụng giá trị hệ Anh hoặc quy ước. Ưu điểm của giây là đơn vị đo và giá trị số giống nhau cho tất cả các hệ thống và về cơ bản là phổ quát. Hầu như tất cả các nhà sản xuất liệt kê hiệu suất động cơ của họ trong vài giây. Và một thiết bị như vậy cũng hữu ích để xác định các chi tiết cụ thể của thiết bị máy bay.
Sử dụng mét trên giây để tìm vận tốc xả hiệu quả cũng khá phổ biến. Khối này là trực quan khi mô tả động cơ tên lửa, mặc dù vận tốc xả hiệu quả của các thiết bị có thể khác nhiều so với thực tế. Điều này rất có thể là do nhiên liệu và chất ôxy hóa bị đổ xuống tàu sau khi các bộ phản lực cánh quạt được bật. Đối với động cơ phản lực thở bằng không khí, vận tốc xả hiệu quả không có ý nghĩa vật lý. Mặc dù nó có thể được sử dụng cho mục đích so sánh.
Đơn vị
Các giá trị được biểu thị bằng Ns (tính bằng kilôgam) không phải là hiếm và bằng số bằng vận tốc khí thải hiệu dụng tính bằng m / s (từ định luật thứ hai của Newton và củađịnh nghĩa).
Một đơn vị tương đương khác là mức tiêu hao nhiên liệu cụ thể. Nó có các đơn vị đo lường như g (kN s) hoặc lb / hr. Bất kỳ đơn vị nào trong số này đều tỷ lệ nghịch với xung cụ thể. Và mức tiêu thụ nhiên liệu được sử dụng rộng rãi để mô tả hiệu suất của động cơ phản lực.
Định nghĩa chung
Đối với tất cả các loại xe, xung lực cụ thể (lực đẩy trên một đơn vị trọng lượng của nhiên liệu trên Trái đất) trong vài giây có thể được xác định bằng phương trình sau.
Để làm rõ tình hình, điều quan trọng là phải làm rõ rằng:
- F là lực hấp dẫn tiêu chuẩn, được gọi trên danh nghĩa là sức mạnh trên bề mặt Trái đất, tính bằng m / s 2 (hoặc ft / s bình phương).
- g là tốc độ dòng chảy khối lượng tính bằng kg / s, có vẻ âm so với tốc độ thay đổi khối lượng của xe theo thời gian (khi nhiên liệu được đẩy ra ngoài).
Đo
Đơn vị tiếng Anh, pound, được sử dụng phổ biến hơn các đơn vị khác. Và cũng khi áp dụng giá trị này trên giây cho tốc độ dòng chảy, khi chuyển đổi, hằng số r 0 trở nên không cần thiết. Khi nó trở nên có kích thước tương đương với pound chia cho g 0.
Tôi tính bằng giây là thời gian mà thiết bị có thể tạo ra xung lực đẩy cụ thể của động cơ tên lửa, với một lượng thuốc phóng có trọng lượng bằng lực đẩy.
Ưu điểm của từ ngữ này là nó có thể được sử dụng đểtên lửa, nơi toàn bộ khối lượng phản ứng được vận chuyển trên tàu, cũng như đối với máy bay, nơi phần lớn khối lượng phản ứng được lấy từ khí quyển. Ngoài ra, nó cung cấp một kết quả độc lập với các đơn vị được sử dụng.
Xung cụ thể như vận tốc (vận tốc xả hiệu quả)
Vì hệ số địa tâm g 0 trong phương trình, nhiều người thích xác định lực đẩy của tên lửa (cụ thể là) theo lực đẩy trên một đơn vị khối lượng của dòng nhiên liệu. Đây là một cách có giá trị tương đương (và theo một số cách có phần đơn giản hơn) để xác định hiệu suất xung cụ thể của một loại thuốc phóng. Nếu chúng ta xem xét các lựa chọn khác, tình hình sẽ gần như ở mọi nơi giống nhau. Tên lửa của một xung cụ thể nhất định chỉ đơn giản là vận tốc khí thải hiệu quả so với thiết bị. Hai thuộc tính của một lượt đẩy cụ thể tỷ lệ với nhau và có liên quan như sau.
Để sử dụng công thức, bạn cần hiểu rằng:
- Tôi - xung lực cụ thể trong vài giây.
- v - lực đẩy, được đo bằng m / s. Bằng vận tốc xả hiệu dụng, được đo bằng m / s (hoặc ft / s, tùy thuộc vào giá trị của g).
- g là tiêu chuẩn của trọng lực, 9.80665 m / s 2. Theo đơn vị Imperial 32.174 ft / s 2.
Phương trình này cũng áp dụng cho động cơ phản lực, nhưng hiếm khi được sử dụng trong thực tế.
Lưu ý rằng đôi khi các ký tự khác nhau được sử dụng. Ví dụ, c cũng được coi là vận tốc xả. Trong khi biểu tượngsp có thể được sử dụng một cách hợp lý cho UI theo đơn vị N s / kg. Để tránh nhầm lẫn, bạn nên đặt trước nó cho một giá trị cụ thể, được tính bằng giây trước khi bắt đầu mô tả.
Điều này liên quan đến lực đẩy hoặc lực chuyển động của xung cụ thể của động cơ tên lửa, công thức.
Ở đây m là mức tiêu thụ nhiên liệu khối lượng, là tốc độ giảm độ lớn của xe.
Giảm thiểu
Tên lửa phải mang theo toàn bộ chất đẩy của nó. Do đó, khối lượng thực phẩm không cháy phải được tăng tốc cùng với chính thiết bị. Giảm thiểu lượng nhiên liệu cần thiết để đạt được một lực đẩy nhất định là rất quan trọng để xây dựng tên lửa hiệu quả.
Công thức xung lực cụ thể của Tsiolkovsky cho thấy rằng đối với một tên lửa có khối lượng rỗng cho trước và một lượng nhiên liệu nhất định, tổng tốc độ thay đổi có thể đạt được tương ứng với tốc độ hiệu dụng của khí thải.
Một tàu vũ trụ không có cánh quạt di chuyển trên quỹ đạo được xác định bởi quỹ đạo của nó và bất kỳ trường hấp dẫn nào. Độ lệch so với dạng vận tốc tương ứng (gọi là Δv) đạt được bằng cách đẩy khối lượng khí thải theo hướng ngược lại với hướng thay đổi mong muốn.
Tốc độ thực tế so với tốc độ hiệu quả
Ở đây cần lưu ý rằng hai khái niệm này có thể khác nhau đáng kể. Ví dụ, khi tên lửa được phóng lên khí quyển, áp suất không khí bên ngoài động cơ gây ralực hãm. Điều này làm giảm xung lực cụ thể và giảm tốc độ xả hiệu quả, trong khi tốc độ nhanh thực tế vẫn không thay đổi. Ngoài ra, đôi khi động cơ tên lửa có một vòi riêng cho khí tuabin. Sau đó, việc tính toán vận tốc xả hiệu quả yêu cầu tính trung bình của hai dòng khối lượng cũng như tính đến bất kỳ áp suất khí quyển nào.
Tăng hiệu quả
Đối với động cơ phản lực thở bằng khí, đặc biệt là các loại turbofans, tốc độ xả thực tế và tốc độ hiệu dụng khác nhau theo một số cấp độ. Điều này là do thực tế là khi sử dụng không khí làm khối lượng phản ứng, một động lượng bổ sung đáng kể đã đạt được. Điều này cho phép sự phù hợp tốt hơn giữa tốc độ không khí và vận tốc khí thải, giúp tiết kiệm năng lượng và nhiên liệu. Và làm tăng đáng kể thành phần hiệu quả trong khi giảm độ nhanh chóng.
Tiết kiệm năng lượng
Đối với tên lửa và động cơ giống tên lửa như mô hình ion, sp ngụ ý hiệu suất năng lượng thấp hơn.
Trong công thức này, velà vận tốc phản lực thực tế.
Do đó lực yêu cầu tỷ lệ với mỗi vận tốc xả. Ở tốc độ cao hơn, cần nhiều năng lượng hơn cho cùng một lực đẩy, dẫn đến hiệu suất năng lượng thấp hơn một đơn vị.
Tuy nhiên, tổng năng lượng cho một nhiệm vụ phụ thuộc vào tổng lượng nhiên liệu sử dụng cũng như lượng năng lượng cần thiết cho mỗi đơn vị. Đối với tốc độ xả thấpliên quan đến sứ mệnh delta-v, cần một lượng phản ứng khổng lồ. Trên thực tế, vì lý do này, tốc độ xả quá thấp sẽ không tiết kiệm năng lượng. Nhưng hóa ra không có loại nào có điểm cao nhất.
Biến
Về mặt lý thuyết, đối với một delta-v nhất định, trong không gian, trong số tất cả các giá trị vận tốc khí thải cố định, ve=0,6275 là hiệu quả năng lượng nhất đối với một khối lượng cuối cùng nhất định. Để tìm hiểu thêm, bạn có thể xem năng lượng trong bộ máy đẩy của tàu vũ trụ.
Tuy nhiên, tốc độ xả có thể thay đổi thậm chí còn tiết kiệm năng lượng hơn. Ví dụ, nếu một tên lửa được tăng tốc với một vận tốc ban đầu dương nào đó sử dụng vận tốc khí thải bằng vận tốc sản phẩm, thì không có năng lượng nào bị mất đi như một thành phần động học của khối lượng phản ứng. Khi nó trở nên tĩnh.
