Спецификалық импульс (SP) зымыранның немесе қозғалтқыштың отынды қаншалықты тиімді пайдаланатынын көрсететін көрсеткіш. Анықтау бойынша, бұл тұтынылатын қуат бірлігіне жеткізілетін жалпы асқын және мөлшері бойынша массалық ағынға бөлінген күшке тең. Егер отынның бірлігі ретінде килограммдар пайдаланылса, онда меншікті импульс жылдамдықпен өлшенеді. Оның орнына Ньютон немесе фунт-күштегі салмақ қолданылса, нақты мән уақытпен, көбінесе секундтармен көрсетіледі.
Ағын жылдамдығын стандартты гравитацияға көбейту GI массаға түрлендіреді.
Циолковский теңдеуі
Массасы жоғары қозғалтқыштың меншікті импульсі алға тартуды жасау үшін тиімдірек пайдаланылады. Ал зымыран пайдаланылған жағдайда отын азырақ жұмсалады. Бұл дельта-v үшін қажет адам. Теңдеу бойыншаЦиолковский, зымыран қозғалтқышының меншікті импульсінде қозғалтқыш көтерілуде, қашықтық пен жылдамдықта тиімдірек. Бұл өнімділік реактивті үлгілерде маңызды емес. Жану үшін қанаттар мен сыртқы ауаны пайдаланады. Жанармайдан әлдеқайда ауыр пайдалы жүкті алып жүріңіз.
Спецификалық импульс жану үшін пайдаланылатын және пайдаланылған отынмен таусылатын сыртқы ауадан туындайтын қозғалысты қамтиды. Бұл үшін реактивті қозғалтқыштар сыртқы атмосфераны пайдаланады. Сондықтан олар зымыран қозғалтқыштарына қарағанда әлдеқайда жоғары UI бар. Бұл тұжырымдама отынның тұтынылатын массасы тұрғысынан уақыт бойынша қашықтықты өлшеу бірліктеріне ие. Бұл «шығарылған газдың тиімді жылдамдығы» деп аталатын жасанды шама. Бұл шығарудың нақты жылдамдығынан жоғары. Өйткені жану үшін ауаның массасы есепке алынбайды. Ауаны немесе суды пайдаланбайтын зымыран қозғалтқыштарында нақты және тиімді ауа шығару жылдамдығы бірдей.
Жалпы ойлар
Отын мөлшері әдетте масса бірліктерімен өлшенеді. Егер ол қолданылса, онда меншікті импульс ЭМ-ге келетін импульс болып табылады, ол өлшемдік талдау көрсеткендей, жылдамдық бірліктеріне ие. Сондықтан UI жиі секундына метрмен өлшенеді. Және жиі шығатын газдардың тиімді жылдамдығы деп аталады. Бірақ массаны пайдаланса, күшке бөлінген отынның меншікті импульсі уақыт бірлігі болып шығады. Осылайша арнайы итерулер секундтармен өлшенеді.
Дәл осы ереже қазіргі әлемде кеңінен қолданыладыкоэффициент r0 (жер бетіндегі гравитациялық үдеу тұрақтысы).
Зымыран импульсінің (оның жанармайын қосқанда) уақыт бірлігіндегі өзгеру жылдамдығы меншікті күш импульсіне тең екенін атап өткен жөн.
Ерекшеліктер
Итеру неғұрлым жоғары болса, белгілі бір уақыт ішінде берілген итеруді жасау үшін соғұрлым аз отын қажет. Осыған байланысты сұйықтық тиімдірек, оның UI үлкенірек. Дегенмен, мұны күштің жоғарылауымен төмендеуі мүмкін энергия тиімділігімен шатастырмау керек, өйткені жоғары нәтиже беретін қозғалтқыштың меншікті импульсі мұны істеу үшін көп энергияны қажет етеді.
Сонымен қатар, тартуды белгілі бір итерумен ажырату және шатастырмау маңызды. UI тұтынылатын отын бірлігіне жасалады. Ал күш - бұл белгілі бір құрылғы тудыратын лездік немесе ең жоғары күш. Көптеген жағдайларда өте жоғары арнайы импульсті қозғау жүйелері - кейбір иондық қондырғылар 10 000 секундқа жетеді - төмен күш береді.
Итеруді есептеген кезде қолданар алдында көлікпен бірге тасымалданатын жанармай ғана есепке алынады. Демек, зымыран химигі үшін массаға отынды да, тотықтырғыш та кіреді. Ауамен тыныс алатын қозғалтқыштар үшін қозғалтқыш арқылы өтетін ауа массасы емес, тек сұйықтық мөлшері ескеріледі.
Атмосфералық кедергі және зауыттың жоғары жану жылдамдығында жоғары меншікті импульсті сақтай алмауы дәл осы отынның мүмкіндігінше тез пайдаланылмауының себебі болып табылады.
Ауыржақсы MI бар мотор төмен өнімділігі бар жеңіл құрал сияқты өрмелеуде, қашықтыққа немесе жылдамдыққа тиімді болмауы мүмкін
Егер ол ұшу кезінде ауаға төзімділік пен отын шығынын азайтпаса, MI массаны алға жылжытуға айналдырудағы қозғалтқыш тиімділігінің тікелей өлшемі болар еді.
Секундтағы ерекше импульс
Белгілі бір итеру үшін ең көп таралған бірлік - Hs. SI контекстінде де, империялық немесе дәстүрлі мәндер қолданылатын жағдайларда да. Секундтардың артықшылығы - өлшем бірлігі мен сандық мән барлық жүйелер үшін бірдей және мәні бойынша әмбебап. Барлық дерлік өндірушілер қозғалтқыштың өнімділігін бірнеше секунд ішінде тізімдейді. Сондай-ақ мұндай құрылғы ұшақ құрылғысының ерекшеліктерін анықтау үшін де пайдалы.
Тиімді газ шығару жылдамдығын табу үшін секундына метрлерді пайдалану да жиі кездеседі. Бұл блок зымыран қозғалтқыштарын сипаттау кезінде интуитивті болып табылады, дегенмен құрылғылардың тиімді шығу жылдамдығы нақтыдан айтарлықтай ерекшеленуі мүмкін. Бұл турбосорғылар қосылғаннан кейін отын мен тотықтырғыштың бортқа төгілуіне байланысты болуы мүмкін. Ауамен тыныс алатын реактивті қозғалтқыштар үшін тиімді ауа шығару жылдамдығы физикалық мағынаға ие емес. Оны салыстыру мақсатында пайдалануға болады.
Бірліктер
Nс (килограммен) түрінде берілген мәндер сирек емес және сандық жағынан м/с-тегі тиімді шығару жылдамдығына тең (Ньютонның екінші заңынан және оныңанықтамалар).
Тағы бір эквивалент бірлігі - меншікті отын шығыны. Оның g (kN с) немесе фунт/сағ сияқты өлшем бірліктері бар. Осы бірліктердің кез келгені меншікті импульске кері пропорционал. Ал отын шығыны реактивті қозғалтқыштардың өнімділігін сипаттау үшін кеңінен қолданылады.
Жалпы анықтама
Барлық көліктер үшін секундтардағы меншікті импульсті (Жердегі жанармайдың бірлік салмағына шаққанда) келесі теңдеу арқылы анықтауға болады.
Жағдайды түсіндіру үшін мынаны түсіндіру маңызды:
- F – номиналды түрде Жер бетіндегі қуат ретінде м/с 2 (немесе фут/с квадраты) ретінде көрсетілген стандартты ауырлық күші.
- g - көлік массасының уақыт бойынша өзгеру жылдамдығына қатысты теріс болып көрінетін кг/с массалық шығын жылдамдығы (жанармай сыртқа шығарылғанда).
Өлшем
Ағылшын бірлігі фунт басқа бірліктерге қарағанда жиі қолданылады. Сондай-ақ ағын жылдамдығы үшін секундына осы мәнді қолданғанда, түрлендіру кезінде r 0 тұрақтысы қажет емес болады. Ол өлшемдік жағынан g 0-ге бөлінген фунтқа баламалы болады.
Секундтардағы сп – салмағы күшке тең отын мөлшерін ескере отырып, құрылғы зымыран қозғалтқышының белгілі бір екпінін жасай алатын уақыт.
Бұл сөздің артықшылығы - оны қолдануға боладыбүкіл реакциялық масса бортта тасымалданатын ракеталар, сондай-ақ реакциялық массаның көп бөлігі атмосферадан алынатын ұшақтар үшін. Сондай-ақ, ол пайдаланылатын бірліктерге тәуелсіз нәтиже береді.
Жылдамдық ретіндегі ерекше импульс (тиімді шығару жылдамдығы)
Теңдеудегі геоцентрлік фактор g 0 болғандықтан, көбісі зымыран тасығышын (атап айтқанда) отын ағынының бірлік массасына шаққандағы тарту күшімен анықтауды жөн көреді. Бұл отынның нақты импульстік тиімділігін анықтаудың бірдей жарамды (және кейбір жолдармен біршама қарапайым) тәсілі. Егер басқа нұсқаларды қарастыратын болсақ, жағдай барлық жерде дерлік бірдей болады. Белгілі бір нақты импульстің зымырандары - бұл құрылғыға қатысты тиімді шығару жылдамдығы. Белгілі бір итерудің екі атрибуттары бір-біріне пропорционал және келесідей байланысты.
Формуланы пайдалану үшін мынаны түсіну керек:
- I - секундтардағы нақты импульс.
- v - итеру, м/с өлшенеді. Бұл м/с (немесе g мәніне байланысты фут/с) өлшенетін тиімді шығару жылдамдығына тең.
- g – ауырлық стандарты, 9,80665 м/с 2. Императорлық бірліктерде 32,174 фут/с 2.
Бұл теңдеу реактивті қозғалтқыштарға да қатысты, бірақ іс жүзінде сирек қолданылады.
Кейде әртүрлі таңбалар қолданылатынын ескеріңіз. Мысалы, c шығару жылдамдығы үшін де қарастырылады. Символ болған кездеsp логикалық түрде UI үшін N с/кг бірлігінде қолданылуы мүмкін. Түсініксіздікке жол бермеу үшін оны сипаттама басталғанға дейін секундтармен өлшенетін белгілі бір мән үшін сақтаған жөн.
Бұл зымыран қозғалтқышының меншікті импульсінің күшіне немесе қозғалыс күшіне, формулаға байланысты.
Мұнда m – көліктің шамасының төмендеу жылдамдығы болып табылатын отынның массалық шығыны.
Кішірейту
Зымыран барлық отынмен жүруі керек. Сондықтан күйдірілмеген тағамның массасы құрылғының өзімен бірге тездетілуі керек. Берілген күшке жету үшін қажетті отын мөлшерін азайту тиімді зымырандарды жасау үшін өте маңызды.
Циолковскийдің меншікті импульс формуласы берілген бос массасы және белгілі бір жанармай мөлшері бар зымыран үшін жылдамдықтың жалпы өзгерісіне газ шығарудың тиімді жылдамдығына пропорционалды түрде жетуге болатынын көрсетеді.
Бұраны жоқ ғарыш кемесі өзінің траекториясымен және кез келген гравитациялық өріспен анықталған орбитада қозғалады. Сәйкес жылдамдық үлгісінен (Δv деп аталады) ауытқулар пайдаланылған газ массасын қажетті өзгеріске қарама-қарсы бағытта итеру арқылы қол жеткізіледі.
Нақты жылдамдық пен тиімді жылдамдық
Бұл жерде бұл екі ұғымның айтарлықтай ерекшеленуі мүмкін екенін атап өткен жөн. Мысалы, зымыран атмосфераға ұшырылған кезде қозғалтқыштан тыс ауа қысымы туындайдытежеу күші. Бұл меншікті импульсті төмендетеді және тиімді шығару жылдамдығы төмендейді, ал нақты жылдамдық іс жүзінде өзгеріссіз қалады. Сонымен қатар, кейде зымыран қозғалтқыштарында турбиналық газға арналған жеке саптама болады. Шығарудың тиімді жылдамдығын есептеу үшін екі массалық ағынды орташалау, сондай-ақ кез келген атмосфералық қысымды есепке алу қажет.
Тиімділікті арттыру
Ауамен тыныс алатын реактивті қозғалтқыштар үшін, атап айтқанда турбожелдеткіштер үшін нақты шығару жылдамдығы мен тиімді жылдамдық бірнеше шама ретімен ерекшеленеді. Бұл реакция массасы ретінде ауаны пайдаланған кезде айтарлықтай қосымша серпінге қол жеткізілетініне байланысты. Бұл энергия мен отынды үнемдейтін әуе жылдамдығы мен газ шығару жылдамдығы арасындағы жақсы сәйкестікке мүмкіндік береді. Және нақты жылдамдықты азайта отырып, тиімді компонентті айтарлықтай арттырады.
Энергия тиімділігі
Иондық үлгілер сияқты зымыран және зымыран тәрізді қозғалтқыштар үшін sp төмен энергия тиімділігін білдіреді.
Бұл формулада v e - ағынның нақты жылдамдығы.
Демек, қажетті күш әр шығару жылдамдығына пропорционал. Жоғары жылдамдықтарда бірдей күш үшін әлдеқайда көп қуат қажет, нәтижесінде энергия тиімділігі бір бірлікке азаяды.
Алайда, миссияға арналған жалпы қуат отынның жалпы тұтынуына, сондай-ақ бірлікке қанша энергия қажет екеніне байланысты. Шығарудың төмен жылдамдығы үшінdelta-v миссиясына қатысты үлкен көлемдегі реакция массасы қажет. Шындығында, осы себепті өте төмен шығарынды жылдамдығы энергияны үнемдемейді. Бірақ ешбір түрдің ең жоғары ұпай жинамайтыны белгілі болды.
Айнымалы
Теориялық тұрғыдан алғанда, берілген дельта-v үшін кеңістікте, барлық бекітілген шығыс жылдамдығы мәндерінің ішінде, ve=0,6275 берілген соңғы масса үшін энергияны үнемдейтін ең жоғары мән болып табылады. Толығырақ ақпарат алу үшін ғарыш кемесі қозғалғыш аппаратындағы энергияны көруге болады.
Алайда айнымалы газ шығару жылдамдығы энергияны одан да тиімдірек етеді. Мысалы, егер зымыран өнімнің жылдамдығына тең болатын шығару жылдамдығын пайдаланып, қандай да бір оң бастапқы жылдамдықпен үдетілсе, реакция массасының кинетикалық құрамдас бөлігі ретінде энергия жоғалмайды. Ол қозғалмайтын болады.
