Ειδική ώθηση:Ορισμός, τύπος και μονάδες

Η ειδική ώθηση είναι ένα μέτρο απόδοσης για πυραυλοκινητήρες. Είναι η μεταβολή της ορμής ανά μονάδα μάζας για τα καύσιμα πυραύλων. Με απλά λόγια, η συγκεκριμένη ώθηση είναι ένα μέτρο του πόση ώθηση (ώση) συσσωρεύεται καθώς καίτε το καύσιμο.

Η ειδική ώθηση είναι ένα μέτρο απόδοσης για πυραυλοκινητήρες. Πιο συγκεκριμένα, θα μπορούσατε να πείτε ότι είναι η μεταβολή της ορμής ανά μονάδα μάζας για τα καύσιμα πυραύλων. Με απλά λόγια, η συγκεκριμένη ώθηση είναι ένα μέτρο του πόση ώθηση (ώση) συσσωρεύεται καθώς καίτε το καύσιμο.

Από τον προαναφερθέντα ορισμό, είναι πολύ προφανές ότι είναι πολύ πιθανό να ακούσετε τον όρο «συγκεκριμένη ώθηση» σε συζητήσεις σχετικά με κινητήρες πυραύλων και αεριωθουμένων, ειδικά εκείνων που περιστρέφονται γύρω από εκτοξεύσεις πυραύλων.

Συγκεκριμένος ορισμός ώθησης (και διαφορά από το "thrust")

Οι άνθρωποι συχνά συγχέουν τη συγκεκριμένη ώθηση με την ώθηση, που είναι στην πραγματικότητα δύο πολύ ανόμοιες οντότητες.

Ίσως γνωρίζετε ήδη ότι, στο πλαίσιο των πυραύλων, η ώθηση είναι ένα μέτρο ισχύος, καθώς, εάν δεν παρέχετε αρκετή ώθηση στον πύραυλο, δεν θα σηκωθεί από την εξέδρα εκτόξευσης.

Χρειάζεται να δώσετε μια τρελή ποσότητα ώθησης για να σηκώσετε έναν πύραυλο από την εξέδρα εκτόξευσης. (Πιστωτική φωτογραφία :NASA / Wikimedia Commons)

Στην πραγματικότητα, χρειάζεστε αυτή την ώθηση όχι μόνο για να σηκωθείτε, αλλά και για να επιτύχετε τροχιά (αλλιώς, ποιο είναι το νόημα!). Σε μια προσπάθεια να διασφαλίσετε ότι μπορείτε να το κάνετε σε τροχιά (ή όπου κι αν κατευθυνθείτε) χρησιμοποιώντας την ελάχιστη ποσότητα καυσίμου, θα προτιμούσατε έναν κινητήρα με υψηλή ειδική ώθηση. Αυτό συμβαίνει γιατί θα σας βοηθήσει να αποκτήσετε περισσότερα ώθηση από μια δεδομένη ποσότητα καυσίμου.

Βλέπετε, η ταχύτητα ενός πυραύλου εξαρτάται από την ώθηση (η οποία εξαρτάται κατά προσέγγιση από την ποσότητα του προωθητικού που εκτοξεύεται από το πίσω μέρος ενός πυραύλου και την ταχύτητα με την οποία εκτοξεύεται). Όσο πιο γρήγορα εκτοξεύεται το προωθητικό από τον πυθμένα του πυραύλου, τόσο πιο γρήγορα μπορεί να πάει και τόσο περισσότερο βάρος μπορεί να φέρει μαζί του. Επομένως, η συγκεκριμένη ώθηση ενός πυραύλου είναι απλώς μια πρόχειρη μέτρηση του πώς γρήγορα το προωθητικό εκτοξεύεται έξω από το πίσω μέρος του πυραύλου (Πηγή).

Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή της συγκεκριμένης ώθησης του πυραύλου σας, τόσο περισσότερη oomph παίρνετε από το καύσιμο που τρέχει έξω από το πίσω μέρος του πυραύλου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ένας πύραυλος με υψηλή ειδική ώθηση δεν χρειάζεται να μεταφέρει τόσο καύσιμο όσο ένας πύραυλος με χαμηλή ειδική ώθηση.

Με λίγα λόγια, επομένως, η ώθηση είναι ένα μέτρο του πόσο σκληρά μπορούν να ωθήσουν οι κινητήρες, ενώ η συγκεκριμένη ώθηση καθορίζει πόση ώθηση μπορείτε να πάρετε από μια δεδομένη ποσότητα καυσίμου.

Εξίσωση ειδικής ώθησης

Τεχνικά, συγκεκριμένη ώθηση (δηλώνεται με Isp ) ισούται με τη συνολική ώθηση (ή μεταβολή της ορμής) που παρέχεται ανά μονάδα προωθητικού που καταναλώνεται. Αυτή η σχέση μας λέει ότι η συγκεκριμένη ώθηση είναι αντιστρόφως ανάλογη με την ειδική κατανάλωση καυσίμου (δηλ. την απόδοση καυσίμου ενός κινητήρα σε σχέση με την απόδοση ώσης), η οποία μας οδηγεί σε αυτήν την απλή εξίσωση:

Έτσι, εάν γνωρίζετε την ταχύτητα εξάτμισης ενός κινητήρα πυραύλων, μπορείτε εύκολα να υπολογίσετε την ειδική ώθησή του, καθώς η τελευταία αποδεικνύεται ότι είναι μια αναλογία της ταχύτητας εξάτμισης (Ve) και της βαρυτικής έλξης της Γης (g). P>

Ειδικές μονάδες παλμών

Κατά την ανάγνωση συγκεκριμένων παρορμήσεων από διάφορες πηγές, πιθανότατα θα συναντούσατε μερικές από τις ενότητες του, οι οποίες είναι διαφορετικές μεταξύ τους και μπορεί (δυνητικά) να σας μπερδέψουν λίγο. Αν και η συγκεκριμένη ώθηση εκφράζεται πιο συχνά σε δευτερόλεπτα (s ), δεν είναι ασυνήθιστο να το δούμε να μετριέται σε m/s πολύ; σε ορισμένα σημεία, θα μπορούσατε να το δείτε να εκφράζεται σε N·s/kg .

Ωστόσο, η συγκεκριμένη ώθηση εκφράζεται πιο συχνά σε «δευτερόλεπτα», όπως στο γράφημα που δίνεται παρακάτω.

Συγκεκριμένη ώθηση έναντι αριθμού mach πολλών τύπων κινητήρων πυραύλων και αεραγωγών. (Προστασία φωτογραφίας:Kashkhan / Wikimedia Commons)

Για παράδειγμα, εάν ένας πύραυλος έχει μια συγκεκριμένη ώθηση, ας πούμε, 1000 δευτερόλεπτα, τότε σημαίνει ότι ο πύραυλος μπορεί να δημιουργήσει ώθηση για 1000 δευτερόλεπτα, δεδομένης μιας ποσότητας προωθητικού του οποίου το βάρος ισούται με την ώθηση του πυραυλοκινητήρα. Σημειώστε ότι οι περισσότεροι κατασκευαστές αναφέρουν τη συγκεκριμένη ώθηση των πυραυλοκινητήρων τους σε «δευτερόλεπτα».

Εδώ είναι ένα απλό γεγονός που θα σας βοηθήσει να διακρίνετε και να κατανοήσετε διαφορετικές μονάδες συγκεκριμένης ώθησης:εάν το βάρος (λίβρα ή Νεύτωνας) χρησιμοποιείται ως μονάδα προωθητικού στον πύραυλο, η συγκεκριμένη ώθηση μετράται σε δευτερόλεπτα; όταν χρησιμοποιείται αντ 'αυτού η μάζα (κιλό ή γυμνοσάλιαγκος), τότε μετράται σε μέτρα/δευτερόλεπτο .