Specifický impuls

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

Specifický impuls (značí se Isp, jednotkou je N.s/kg nebo sekunda) je jedním z nejdůležitějších parametrů raketových a proudových motorů a udává palivovou účinnost motoru. V anglosaské literatuře i řadě dalších publikací se používá definice založená na poměru tahu a normálního gravitačního zrychlení. Výsledná nominální hodnota v sekundách je 9,81 krát menší než hodnota v N.s/kg.

Definice[editovat | editovat zdroj]

Specifický impuls různých pohonů, proudový motor, náporový motor (RAMJET), hypersonický náporový motor (scramjet), raketový motor

Specifický impuls je poměr tahu k množství spotřebovaného paliva za sekundu. Jestliže je specifický impuls například 1000 N.s/kg znamená to, že jeden kilogram pracovní látky dokáže vyvolat po dobu jedné sekundy tah 1000 Newtonů a zrovna tak to znamená, že po dobu 1000 sekund bude dávat tah jednoho Newtonu. Kromě toho je specifický impuls číselně roven efektivní výtokové rychlosti, tudíž pracovní látka v motoru s Isp 1000 N.s/kg má efektivní výtokovou rychlost 1000 m/s.

Na rozdíl od skutečné výtokové rychlosti, je efektivní výtoková rychlost v m/s vždy číselně rovna specifickému impulsu v N.s/kg a tuto hodnotu lze přímo dosadit do Ciolkovského rovnice. To platí pro všechny druhy reaktivních pohonů, ať už mají uzavřený cyklus nebo otevřený a ať už čerpají pracovní látku z okolí nebo ne.

U proudových motorů je vyšší specifický impuls způsoben tím, že pracovní látku (vzduch) čerpají z okolí a palivo tvoří jen menší část hmoty, protékající motorem.

V anglosaské literatuře se uvádí definice specifického impulsu jako poměr tahu k normálnímu gravitačnímu zrychlení a k sekundové spotřebě. Potom je jednotkou sekunda. Tato definice vychází z toho, že hmotnost i tah jsou uváděny ve stejných jednotkách, v librách nebo kilogramech. Takže specifický impuls v sekundách informuje o tom, po jak dlouhou dobu dokáže poskytovat jedna libra nebo kilogram pracovní látky tah jedné libry nebo kilogramu respektive.

Jednotky[editovat | editovat zdroj]

Převodní tabulka

Specifický impuls Specifický impuls Efektivní výtoková rychlost
Jednotky SI =X sekund =9,81 X N·s/kg =9,81 X m/s
Imperiální jednotky =X sekund =X lbf·s/lb =32,16 X ft/s

V anglicky psané literatuře je v současnosti nejpoužívanější jednotkou pro specifický impuls sekunda, která je používána jak v zemích s imperiálními jednotkami tak v zemích s metrickým systémem. Tato jednotka má hlavní výhodu, že její číselná hodnota je identická všude na světě a rozumí jí prakticky každý. Téměř všichni světoví výrobci udávají specifikace svých produktů právě v těchto jednotkách.

Jednotka N.s/kg je běžná v evropské (neanglicky psané) literatuře. Na rozdíl od Isp v sekundách je přímo provázána se jednotkami SI (z výpočtů odpadá konstanta normálního gravitačního zrychlení) a je rovna efektivní výtokové rychlosti v m/s.

NASA dříve používala jednotky ft/s pro efektivní výtokovou rychlost a lbf·s/lb pro specifický impuls. Jednotka ft/s byla používána v době programu Apollo, avšak v současnosti NASA používá jednotky SI, kdekoli je to možné. Jednotka lbf·s/lb se také vyskytuje velmi zřídka ale v některých publikacích se s ní ještě lze setkat.

Výpočet impulsu raketového motoru[editovat | editovat zdroj]

Pro motory, poháněné horkými plyny (většina soudobých raketových motorů), lze specifický impuls spočítat z vlastností motoru a paliva podle vzorce[1]: I_s =\sqrt{(\frac{2\kappa}{(\kappa-1)}\frac{R}{M}T_s)(1-(\frac{p_U}{p_{SK}})^\frac{\kappa-1}{\kappa})}  kde

Vztah impulsu a tahu[editovat | editovat zdroj]

Isp v N.s/kg[editovat | editovat zdroj]

\mathrm{F_{\rm tah}}=I_{\rm sp} \cdot \frac{\Delta m} {\Delta t}  \,

  • Ftah – tah motoru v Newtonech
  • Is – specifický impuls v N.s/kg
  • \frac {\Delta m} {\Delta t} – hmotnostní průtok paliva

Isp v sekundách[editovat | editovat zdroj]

\mathrm{F_{\rm tah}}=I_{\rm sp} \cdot \frac{\Delta m} {\Delta t}  \cdot g_{\rm 0} \,

  • Ftah – tah motoru v Newtonech
  • Isp – specifický impuls v sekundách
  • \frac {\Delta m} {\Delta t} – hmotnostní průtok paliva
  • g0gravitační zrychlení na povrchu Země

Příklady[editovat | editovat zdroj]

Motor Efektivní výtoková rychlost
(m/s, N·s/kg)
Specifický impuls
(s)
Energie v kg
(MJ/kg)
Proudový motor
29,000 (skutečně asi ~300) 3,000 43
Raketový motor na tuhé pohonné látky
2,500 250 3.0
Raketový motor na kapalné pohonné látky
4,400 450 9.7
Iontový motor 29,000 3,000 430
VASIMR 290,000 30,000 43,000

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Specific impulse na anglické Wikipedii.

  1. Michal Václavík: Kosmonautika XVI – Raketové motory

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]