Impulso específico

O momento específico de um motor de foguete é a mudança no momento por massa ejetada (gases de combustão ou massa de suporte ). O impulso específico aumenta com a velocidade efetiva de saída da massa ejetada. É um parâmetro essencial de uma unidade ou de um combustível, independentemente do tamanho do motor. ${\ displaystyle I _ {\ mathrm {sp}}}$

A unidade de impulso específico é metros por segundo (m / s), o mesmo que a velocidade . No caso de motores de foguete, é comum desviar-se disso para descrever a massa como seu peso sob aceleração normal de queda , em que o impulso específico (peso) é mostrado na unidade s. Um impulso específico dado nesta unidade pode ser convertido em um valor compatível com o SI multiplicando-o pela aceleração da gravidade em torno de 9,806 m / s ² .

definição

O impulso específico é

${\ displaystyle I _ {\ mathrm {sp}} = {\ frac {\ mathrm {d} p} {\ mathrm {d} m}} = {\ frac {\ dot {p}} {\ dot {m} }} = {\ frac {F} {\ dot {m}}}}$

com o momento e a massa ejetada Os pontos representam , a derivada do tempo. o mesmo ocorre com a taxa de transferência em massa . A taxa de mudança de momento resultante , a força , é chamada de empuxo . Uma vez que o momento tem a dimensão massa vezes velocidade e a massa se cancela, a unidade em conformidade com o SI é m / s, ft / s imperiais . ${\ displaystyle p}$${\ displaystyle m.}$${\ displaystyle {\ tfrac {\ mathrm {d}} {\ mathrm {d} t}}}$${\ displaystyle {\ dot {m}}}$${\ displaystyle {\ dot {p}}}$ ${\ displaystyle F}$${\ displaystyle I _ {\ mathrm {sp}}}$

Ao dividir o momento específico pela aceleração padrão devido à gravidade , obtém-se uma quantidade física do tipo quantidade tempo ( ). ${\ displaystyle g_ {0}}$${\ displaystyle I _ {\ mathrm {sp}} / g_ {0}}$

Valores de exemplo para motores

O impulso específico de um motor de foguete químico é determinado pela velocidade de saída (determinada pela entalpia de reação e a densidade do combustível, o aumento da temperatura ou velocidade de reação alcançada, o projeto e a completude da combustão). Os impulsos específicos mais elevados nas combinações de combustível usadas hoje são alcançados com hidrogênio + oxigênio e hidrogênio + flúor. O maior valor obtido experimentalmente é em torno de 4600 m / s ( motor RL-10B2 e Vinci ).

Os propulsores de íons usam campos elétricos para acelerar os íons. Para isso, um meio de trabalho é ionizado. Dependendo da voltagem aplicada, os íons podem ser acelerados a velocidades muito altas, teoricamente até quase a velocidade da luz. Os propulsores de íons disponíveis têm impulsos específicos de 30 a 40 km / s, o acionamento de íons de grade dupla de 4 estágios da ESA (DS4G) atingiu um impulso específico de 210 km / s.

aplicativo

O momento específico de um motor de foguete depende da pressão ambiente. A construção do bico Laval é otimizada para uma pressão final específica. As notas superiores desenvolvem o impulso específico mais alto no vácuo. Ao partir da terra, o impulso específico máximo alcançável é de 10 a 15 por cento menor por causa da pressão atmosférica, uma vez que você não pode expandir abaixo de cerca de 40 por cento da pressão externa em estágios inferiores. Caso contrário, os bocais de sino normalmente usados ​​resultarão em interrupção do fluxo ( critério Summerfield ). Uma alternativa que funciona com a mesma eficiência no ar e no vácuo é o motor aerospike .

Uma vez que o impulso específico de massa representa a velocidade efetiva de saída dos gases em unidades SI, a velocidade final do foguete pode ser calculada a partir da equação básica do foguete de Ziolkowski junto com a massa cheia e vazia .

O impulso específico do volume também é importante para foguetes que são usados ​​na atmosfera, bem como para foguetes militares que devem ser alojados em um silo ou em um contêiner de transporte que seja o menor possível , porque se quer construir o o mais compacto possível, ou seja, com baixa resistência ao ar. É formado pela multiplicação do impulso específico pela densidade do combustível : ${\ displaystyle V _ {\ mathrm {Isp}}}$${\ displaystyle \ rho}$

${\ displaystyle V _ {\ mathrm {Isp}} = \ rho I _ {\ mathrm {sp}}}$

Por exemplo, o impulso específico da combinação de tetróxido de nitrogênio com variantes de hidrazina é um pouco menor do que o de oxigênio líquido e querosene . No entanto, a densidade é maior e, portanto, você obtém um míssil menor.

Links da web

• Propulsion Dual-stage Gridded Ion Thruster (DS4G) ( Memento de 27 de fevereiro de 2014 no Internet Archive )
• RL-10 Characteristics (Rocketdyne) ( Memento de 10 de fevereiro de 2010 no Internet Archive )
• Impulsos específicos . NASA Glenn Research Center

Evidência individual

1. ↑ Emma Young: Novo motor iônico superpotente revelado. New Scientist, 18 de janeiro de 2006, acessado em 18 de novembro de 2013 .