Impuls właściwy

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Impuls właściwy – parametr silnika rakietowego w napędzie statków kosmicznych, oznaczany Isp, równy stosunkowi popędu wytworzonej siły ciągu do masy zużytych materiałów (paliwa i utleniacza):

I_{}=\frac{F\ \Delta t}{\Delta m} = \frac{\Delta p}{\Delta t}\cdot \frac{\Delta t}{\Delta m} = \frac{\Delta p}{\Delta m}.

Równoważny jest ilorazowi siły ciągu i strumienia masy, tj. masy czynnika roboczego wyrzucanego w jednostce czasu. Pomijając inne siły działające na poruszany obiekt, impuls właściwy odpowiada przyrostowi pędu obiektu w wyniku zużycia jednostki masy paliwa rakietowego i jest jednym z najważniejszych parametrów silników rakietowych pracujących w przestrzeni kosmicznej.

Wymiarem impulsu właściwego w układzie SI jest:

\left[I_{}\right]=\operatorname{\left[\frac{N \cdot s}{kg}\right]}=\operatorname{\left[\frac{m}{s}\right]},

czyli wymiar prędkości – i w istocie impuls właściwy równy jest średniej prędkości wylotowej gazu:

I_{}=v_{e}^{}.

Impuls w sekundach[edytuj | edytuj kod]

Często impuls właściwy określa się jako wytwarzany popęd przypadający na jednostkę ciężaru paliwa w warunkach ziemskich[1]:

I_{sp}=\frac{F\ \Delta t}{g \Delta m } =  \frac{\Delta p}{g \Delta m}.

Siłę ciągu określa wzór:

F_{\rm c}=I_{\rm sp} \frac{\Delta m} { \Delta t} g \,,

gdzie:

Fc – siła ciągu wytwarzana przez silnik w niutonach,
Isp – impuls właściwy w sekundach,
Δm/Δt – szybkość tracenia masy (paliwa) w kg/s,
gprzyspieszenie ziemskie w m/s2.

Obecnie używane w rakietach nośnych silniki używające jako paliwa ciekłego wodoru, a jako utleniacza ciekłego tlenu, mają impuls właściwy ok. 450 s (lub 4400 m/s), zaś silniki używające jako paliwa nafty, a jako utleniacza ciekłego tlenu, mają impuls właściwy ok. 330 s (lub 3200 m/s). Rakiety na paliwo stałe mają impuls właściwy poniżej 300 s. Silniki opracowane w ramach programu NERVA, w których energię dostarczał reaktor jądrowy a substancją roboczą był wodór, miał impuls właściwy 850 s. Obecnie używane silniki jonowe mają impuls właściwy rzędu kilku tysięcy sekund.


Przypisy

  1. Rocket Propulsion Elements, 7th Edition by George P. Sutton, Oscar Biblarz ; Praca zbiorowa Kopernik, astronomia, astronautyka : przewodnik encyklopedyczny pod red. Włodzimierza Zonna, Warszawa, PWN, 1973, str. 129, hasło "impuls właściwy".