Impuls specific
Impulsul specific , în general notat , este o tehnică utilizată pentru a măsura eficiența motoarelor cu reacție și a motoarelor de rachete . Măsoară forța exercitată de mașină în funcție de cantitatea de combustibil consumată pe unitate de timp. În domeniul astronauticii , este raportul dintre două cantități, una dintre acestea fiind forța unui propulsorului , iar celălalt produsul debitului masic de carburant prin valoarea normală a accelerației de gravitate. (Sau rată de curgere ejectat propulsor ). Impulsul specific face posibilă compararea eficienței unui sistem de propulsie: cu cât este mai mare, cu atât este mai eficient sistemul.
Definiție
Impulsul specific, omogen unui timp , este exprimat în unități de timp (cel mai adesea în secunde ).
Indică timpul în care un kilogram de propulsor produce forța necesară pentru a ridica o masă de un kilogram în câmpul gravitațional al Pământului (adică o forță de aproximativ 9,81 N ):
unde reprezintă forța de tracțiune (în N ), masa de ejecție rata gazelor (în kg / s) și accelerația gravitațională (în m / s 2 sau N / kg).
Aveți grijă, impulsul este împărțit la masa de combustibil transportată, turboreactoarele au deci un impuls specific mai mare deoarece sunt susținute de o masă externă care nu este transportată și impulsul lor specific nu mai este proporțional cu viteza de ieșire a gazelor (p. un motor rachetă este suficient să multiplicați impulsul specific cu 9,81 pentru a obține viteza de ieșire).
La un impuls egal, cu cât impulsul specific al unui propulsor este mai mare, cu atât acesta consumă mai puțini propulsori .
Perechea dihidrogen lichid ( LH2 ) / oxigen lichid ( LOX ), utilizată pe scena principală (EPC) a rachetei Ariane 5 , are un impuls specific de aproximativ 440 s .
Impuls specific al motoarelor rachete
Impulsul specific al motoarelor rachete este mult mai mic decât cel al motoarelor cu reacție, deoarece cantitatea de energie consumată pentru a scoate gazele este mai mare (viteza lor este mai mare), iar motorul rachetei trebuie să-și înceapă oxidantul. În practică, motoarele rachete au un impuls specific care atinge maxim 500 de secunde pentru cele mai eficiente amestecuri de combustibil / oxidant, în timp ce motoarele cu reacție pot ajunge la 6000 de secunde.
Pentru motoarele rachete, viteza de ejectare a gazului este de 9,81 ori impulsul specific, ceea ce face mai ușoară aplicarea ecuației lui Tsiolkovsky .
Valori pentru unele amestecuri de combustibil
| Modul de propulsie | Eu sp (in s) | Comentarii |
|---|---|---|
| LF2 / LLI + LH 2 | 542 | Fluorură triergol . Nu este utilizat pentru motoarele de rachete. |
| LOX - LH 2 | 435 | Oxigen lichid - hidrogen lichid , cel mai eficient amestec în propulsia chimică. Propulsoare scumpe de dezvoltat, stocare complexă și volum mare ocupat de hidrogen lichid, optim pentru etapele superioare ale lansatoarelor; împingeri puternice sunt greu de realizat. |
| LOX - RP-1 ( kerosen ) | 270 - 360 | Amestec relativ eficient care permite obținerea unor împingeri importante cu propulsoare mai puțin complexe decât amestecul LOX-LH. Utilizat frecvent pe lansatoarele rusești. |
| N 2 O 4 - UDMH | 305 | Amestec stocabil utilizat frecvent pe lansatoarele timpurii derivate din rachete. Folosit pentru propulsia sondelor spațiale, deoarece conservarea sa este garantată pe perioade lungi de timp. |
| Propulsie nucleară termică | ~ 800 | Nu este operațional până în prezent. |
| Propulsor electric | 1.500 - 2.000 | Permite doar obținerea unor împingeri foarte slabe. Folosit pentru controlul orientării, corecții mici pe orbită și semi-experimental pentru propulsia sondelor spațiale. Nu poate fi folosit pentru decolare de pe o planetă. |
Referințe
- (în) „ Impuls specific ” pe www.grc.nasa.gov (accesat la 9 octombrie 2014 )
- „ Decret din 20 februarie 1995 privind terminologia științelor și tehnicilor spațiale ” , pe www.legifrance.gouv.fr ,29 martie 1995(accesat pe 9 octombrie 2014 )