Питомий імпульс або питома тяга (англ. specific impulse) — показник ефективності ракетного двигуна. Іноді обидва терміни використовуються як синоніми, оскільки вважається, що це фактично різні назви однієї характеристики. Питома тяга застосовується зазвичай у внутрішній балістиці, а питомий імпульс — у зовнішній балістиці. Розмірність питомого імпульсу рівна розмірності швидкості, одиниця вимірювання в системі одиниць SI - метр за секунду.
Питомий імпульс — величина для оцінки тяги ракетних двигунів.
Прийнято оцінювати розмір тяги як створений спаленою за одну секунду одиницею маси палива. Цю величину називають питомим імпульсом ракетного двигуна і вимірюють у секундах (кг тяги/кг згорілого палива в секунду).
Визначення
Питомий імпульс — характеристика реактивного двигуна, що дорівнює відношенню створюваного ним імпульсу (кількості руху) до витрати (зазвичай масової, але може співвідноситися і, наприклад, з масою або об'ємом) палива. Чим більший питомий імпульс, тим менше палива треба витратити, щоб отримати певний рух. Теоретично питомий імпульс дорівнює швидкості витікання продуктів згоряння, фактично може від неї відрізнятися. Тому питома імпульс називають так само ефективною (або еквівалентною) швидкістю витікання.
Питома тяга — характеристика реактивного двигуна, що дорівнює відношенню створюваної ним тяги до масової витрати палива. Вимірюється в метрах за секунду (м/с = Н · с/кг = кгс · с/т.е.м.) і означає, в цій розмірності, скільки секунд двигун зможе створювати тягу в 1 Н, витративши при цьому 1 кг палива (або тягу в 1 кгс, витративши при цьому 1 т.е.м. палива). При іншому тлумаченні питома тяга дорівнює відношенню тяги до масової витрати палива; в цьому випадку вона вимірюється в секундах (c = Н · с/Н = кгс · с/кгс). Для переведення масової питомої тяги в масову її треба помножити на прискорення вільного падіння (приблизно дорівнює 9,81 м/с²).
Формула наближеного розрахунку питомого імпульсу (швидкості витікання) для реактивних двигунів на хімічному паливі:
де T k — температура газу в камері згоряння (розпаду); pk і pa — тиск газу відповідно в камері згоряння та на виході з сопла; y — молекулярна маса газу в камері згоряння; u — коефіцієнт, що характеризує теплофізичні властивості газу в камері (зазвичай u ≈ 15). Як видно з формули в першому наближенні, чим вища температура газу, чим менша його молекулярна маса і чим вище співвідношення тисків у камері РД до навколишнього простору, тим вищий питомий імпульс.
Порівняння ефективності різних типів двигунів
Питомий імпульс є важливим параметром двигуна, що характеризує його ефективність. Це прямо не пов'язано з енергетичною ефективністю палива і тягою двигуна, наприклад, іонні двигуни мають дуже невелику тягу, але завдяки високому питомому імпульсу використовуються як маневрові двигуни в космічній техніці.
Для повітряно-реактивних двигунів (ПРД) розмір питомого імпульсу на порядок вищий, ніж у хімічних ракетних двигунів, завдяки надходженню окисника і робочого тіла з зовнішнього середовища і не врахуванню їхніх витрат у формулі розрахунку імпульсу, в якій фігурує тільки масова витрата пального. Однак, використання навколишнього середовища на великих швидкостях руху викликає виродження ПРД — їхній питомий імпульс падає зі зростанням швидкості. Наведене в таблиці значення відповідає дозвуковим швидкостям.
Двигун | Питомий імпульс | |
---|---|---|
м/сек | сек | |
Газотурбінний двигун | 30 000 | 3 000 |
Твердопаливний ракетний двигун | 2 000 | 200 |
Рідинний ракетний двигун | 4 500 | 450 |
Іонний двигун | 30 000 | 3 000 |
Плазмовий двигун | 290 000 | 30 000 |
Наведене значення питомого імпульсу для рідинних ракетних двигунів (РРД) відповідає показникам ефективності сучасних киснево-водневих РРД у вакуумі. Найбільше значення, будь-коли продемонстроване на практиці, отримано з використанням трикомпонентної схеми літій/водень/фтор і становить 542 секунди (5320 м/сек), але вона не використовується через технологічні складнощі.
Характерний питомий імпульс для різних типів двигунів
Цікаві факти
Можна відзначити гумористичний момент пов'язаний з даною формулою: оскільки вона не має власної назви, фахівці зазвичай називають її «И-формулою» — в кінокомедії „Операція «И» та інші пригоди Шурика“ студенти, які пишуть виведення формули на підлозі коридору, виводять саме цю формулу.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Pitomij impuls abo pitoma tyaga angl specific impulse pokaznik efektivnosti raketnogo dviguna Inodi obidva termini vikoristovuyutsya yak sinonimi oskilki vvazhayetsya sho ce faktichno rizni nazvi odniyeyi harakteristiki Pitoma tyaga zastosovuyetsya zazvichaj u vnutrishnij balistici a pitomij impuls u zovnishnij balistici Rozmirnist pitomogo impulsu rivna rozmirnosti shvidkosti odinicya vimiryuvannya v sistemi odinic SI metr za sekundu Pitomij impuls velichina dlya ocinki tyagi raketnih dviguniv Prijnyato ocinyuvati rozmir tyagi yak stvorenij spalenoyu za odnu sekundu odiniceyu masi paliva Cyu velichinu nazivayut pitomim impulsom raketnogo dviguna i vimiryuyut u sekundah kg tyagi kg zgorilogo paliva v sekundu ViznachennyaPitomij impuls harakteristika reaktivnogo dviguna sho dorivnyuye vidnoshennyu stvoryuvanogo nim impulsu kilkosti ruhu do vitrati zazvichaj masovoyi ale mozhe spivvidnositisya i napriklad z masoyu abo ob yemom paliva Chim bilshij pitomij impuls tim menshe paliva treba vitratiti shob otrimati pevnij ruh Teoretichno pitomij impuls dorivnyuye shvidkosti vitikannya produktiv zgoryannya faktichno mozhe vid neyi vidriznyatisya Tomu pitoma impuls nazivayut tak samo efektivnoyu abo ekvivalentnoyu shvidkistyu vitikannya Pitoma tyaga harakteristika reaktivnogo dviguna sho dorivnyuye vidnoshennyu stvoryuvanoyi nim tyagi do masovoyi vitrati paliva Vimiryuyetsya v metrah za sekundu m s N s kg kgs s t e m i oznachaye v cij rozmirnosti skilki sekund dvigun zmozhe stvoryuvati tyagu v 1 N vitrativshi pri comu 1 kg paliva abo tyagu v 1 kgs vitrativshi pri comu 1 t e m paliva Pri inshomu tlumachenni pitoma tyaga dorivnyuye vidnoshennyu tyagi do masovoyi vitrati paliva v comu vipadku vona vimiryuyetsya v sekundah c N s N kgs s kgs Dlya perevedennya masovoyi pitomoyi tyagi v masovu yiyi treba pomnozhiti na priskorennya vilnogo padinnya priblizno dorivnyuye 9 81 m s Formula nablizhenogo rozrahunku pitomogo impulsu shvidkosti vitikannya dlya reaktivnih dviguniv na himichnomu palivi I y 16641 T k 1 p a p k y u y displaystyle I y sqrt 16641 left T k frac 1 frac p a p k y uy right de T k temperatura gazu v kameri zgoryannya rozpadu pk i pa tisk gazu vidpovidno v kameri zgoryannya ta na vihodi z sopla y molekulyarna masa gazu v kameri zgoryannya u koeficiyent sho harakterizuye teplofizichni vlastivosti gazu v kameri zazvichaj u 15 Yak vidno z formuli v pershomu nablizhenni chim visha temperatura gazu chim mensha jogo molekulyarna masa i chim vishe spivvidnoshennya tiskiv u kameri RD do navkolishnogo prostoru tim vishij pitomij impuls Porivnyannya efektivnosti riznih tipiv dvigunivPitomij impuls ye vazhlivim parametrom dviguna sho harakterizuye jogo efektivnist Ce pryamo ne pov yazano z energetichnoyu efektivnistyu paliva i tyagoyu dviguna napriklad ionni dviguni mayut duzhe neveliku tyagu ale zavdyaki visokomu pitomomu impulsu vikoristovuyutsya yak manevrovi dviguni v kosmichnij tehnici Dlya povitryano reaktivnih dviguniv PRD rozmir pitomogo impulsu na poryadok vishij nizh u himichnih raketnih dviguniv zavdyaki nadhodzhennyu okisnika i robochogo tila z zovnishnogo seredovisha i ne vrahuvannyu yihnih vitrat u formuli rozrahunku impulsu v yakij figuruye tilki masova vitrata palnogo Odnak vikoristannya navkolishnogo seredovisha na velikih shvidkostyah ruhu viklikaye virodzhennya PRD yihnij pitomij impuls padaye zi zrostannyam shvidkosti Navedene v tablici znachennya vidpovidaye dozvukovim shvidkostyam Pitomij impuls riznih tipiv dviguniv Dvigun Pitomij impuls m sek sek Gazoturbinnij dvigun 30 000 3 000 Tverdopalivnij raketnij dvigun 2 000 200 Ridinnij raketnij dvigun 4 500 450 Ionnij dvigun 30 000 3 000 Plazmovij dvigun 290 000 30 000 Navedene znachennya pitomogo impulsu dlya ridinnih raketnih dviguniv RRD vidpovidaye pokaznikam efektivnosti suchasnih kisnevo vodnevih RRD u vakuumi Najbilshe znachennya bud koli prodemonstrovane na praktici otrimano z vikoristannyam trikomponentnoyi shemi litij voden ftor i stanovit 542 sekundi 5320 m sek ale vona ne vikoristovuyetsya cherez tehnologichni skladnoshi Harakternij pitomij impuls dlya riznih tipiv dvigunivPitomij impuls riznih vuglevodnevih paliv reaktivnih dvigunivCikavi faktiMozhna vidznachiti gumoristichnij moment pov yazanij z danoyu formuloyu oskilki vona ne maye vlasnoyi nazvi fahivci zazvichaj nazivayut yiyi I formuloyu v kinokomediyi Operaciya I ta inshi prigodi Shurika studenti yaki pishut vivedennya formuli na pidlozi koridoru vivodyat same cyu formulu