Specifik impuls
Specifik impuls (ofte forkortet til Isp ) er en måde at beskrive, hvor godt en raket klarer sig på. Det bruges også til at beskrive, hvor godt en jetmotor fungerer. Den kan bruges til at sammenligne raketter af forskellig størrelse. Det er en måde at vide, hvor meget kraft en given motor udøver for hver smule brændstof. For at gøre dette skal man vide, hvor meget brændstof der er i motoren. En høj specifik impuls betyder, at en raket har brug for mindre brændstof for at yde lige så godt. Hvis den specifikke impuls er lavere, betyder det, at raketten har brug for mere brændstof for at yde lige så godt.
Specifik impuls er en nyttig værdi til at sammenligne raket- og jetmotorer. Den bruges på samme måde som miles per gallon eller liter per 100 kilometer bruges til at sammenligne biler. En motor med en højere specifik impuls udnytter brændstoffet bedre. Det betyder, at den samme mængde brændstof får raketten til at flyve hurtigere, når alt brændstoffet er opbrugt.
En raketmotor med en højere specifik impuls betyder ikke, at den er "kraftigere". Det vil sige, at den ikke får raketten til at accelerere hårdere. Faktisk er konstruktionerne til motorer med den højeste specifikke impuls, som f.eks. ionmotorer, de "svageste" af alle typer motorer. De accelererer raketten langsomt, men støt over en lang periode ved hjælp af kun en lille mængde brændstof. I et kapløb mellem to raketter med den samme mængde brændstof og to forskellige motorer vil den med den kraftigste motor tidligt tage en føring, men når den har brændt alt sit brændstof op, vil raketten med den højeste specifikke impuls stadig have noget brændstof tilbage og fortsætte med at accelerere. Til sidst vil den overhale sin modpart og vinde løbet, hvis afstanden er stor nok til, at den kan udnytte sin langsigtede fordel.
En figur, der viser den kraft, som en Estes A10-PT-raketmotor udøver i løbet af ca. 1 sekund. Der er også oplysninger om impulsen, brændstofmængden og den specifikke impuls.
Målinger
Der er to måder, hvorpå man kan finde nummeret for en specifik impuls. For at finde den specifikke impuls dividerer man impulsen med brændstofmængden. Impuls er en måling af, hvor meget kraft en raketmotor udøver og hvor længe. En motor, der udøver en lav kraft i lang tid, kan nogle gange have en højere impuls end en motor, der udøver en høj kraft i kort tid. Impuls måles i Newton gange sekunder (N*s).
Den mængde brændstof, der bruges til at finde den specifikke impuls, kan måles på forskellige måder. Nogle gange måles den i masse og andre gange i vægt. Når brændstofmængden måles i masse, udtrykkes den specifikke impuls som en hastighed. Denne er normalt angivet i meter pr. sekund. Når den specifikke impuls måles som en hastighed, har den et andet navn. Den kaldes også den effektive udstødningshastighed. Den anden måde at måle brændstofmængden på er vægt. Hvis der anvendes vægt, er den specifikke impuls angivet i tidsenheder, normalt i sekunder. Disse to måder er begge almindelige. De sammenligner begge motorers ydeevne.
Når den specifikke impuls er højere, er der brug for mindre brændstof for at få raketten til at yde et bestemt niveau. Et brændstof er altså mere effektivt, hvis den specifikke impuls er højere.
Pas på, at du ikke forveksler tryk og specifikke impulser. Skub er kun den kraft, som en raket udøver på et bestemt tidspunkt. Specifik impuls er et mål for kraften baseret på, hvor meget brændstof der er til rådighed.
Når folk finder specifik impuls, er det eneste brændstof, der er medregnet, i raketten, før den bliver affyret. Dette omfatter brændstoffet og oxidationsmidlet (den del af brændstoffet, der hjælper brændstoffet med at brænde). Oxidationsmidlet er nogle gange ilt, men ofte noget andet (se Raketmotor#Væsker, faste stoffer og hybrider).
Eksempler
| Specifik impuls for forskellige måder at skubbe en raket på | |||
| Motor | Effektiv udstødningshastighed | Specifik | Energi pr. kg udstødningsgas |
| Turbofan jetmotor | 29,000 | 3,000 | ~0.05 |
| Raket med fast brændstof | 2,500 | 250 | 3 |
| Raket med flydende brændstof | 4,400 | 450 | 9.7 |
| Ion thruster | 29,000 | 3,000 | 430 |
| Elektrostatisk ionmotor med to trin med fire gitter | 210,000 | 21,400 | 22,500 |
| VASIMR | 30,000-120,000 | 3,000-12,000 | 1,400 |
Jetmotorer (flymotorer) bruger brændstof bedre end raketmotorer. Det skyldes, at gasserne ikke undslipper så hurtigt. Fordi de ikke undslipper så hurtigt, transporterer udstødningen ikke så meget energi væk. Det betyder, at jetmotoren bruger meget mindre energi til at skubbe strålen. Det skyldes også, at den luft, der går gennem motoren, når jetflyet flyver gennem luften, hjælper brændstoffet til at brænde hurtigere.
Model raketflyvning
Specifik impuls bruges også til at beskrive, hvor godt modelraketmotorer fungerer. I tabellen nedenfor er nogle af Estes' angivne værdier for specifik impuls for flere af deres raketmotorer: Estes Industries er en stor, velkendt amerikansk forhandler af modelraketter og raketdele. Den specifikke impuls for modelraketmotorer er meget lavere end for mange andre raketmotorer, fordi der anvendes sortkrudt som brændstof. Sort krudt anvendes i modelraketmotorer, fordi det koster mindre.
| Motor | Samlet impuls (Ns) | Brændstofvægt (N) | Specifik impuls (s) |
| Estes A10-3T | 2.5 | .0370 | 67.49 |
| Estes A8-3 | 2.5 | .0306 | 81.76 |
| Estes B4-2 | 5.0 | .0816 | 61.25 |
| Estes B6-4 | 5.0 | .0612 | 81.76 |
| Estes C6-3 | 10 | .1223 | 81.76 |
| Estes C11-5 | 10 | .1078 | 92.76 |
| Estes D12-3 | 20 | .2443 | 81.86 |
| Estes E9-6 | 30 | .3508 | 85.51 |
| Specifikke impulser for flere Estes-raketmotorer. | |||
Større raketmotorer
Her er nogle taleksempler for større raketmotorer:
| Motortype | Eksempel Anvendelse | Specifik impuls (s) | Effektiv udstødningshastighed (m/s) |
| NK-33-raketmotor | Vakuum | 331 | 3,240 |
| SSME-raketmotor | Vakuum i rumfærgen | 453 | 4,423 |
| Ramjet | Mach 1 | 800 | 7,877 |
| J-58 turbojetfly | SR-71 ved Mach 3,2 (våd) | 1,900 | 18,587 |
| Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 | Concorde Mach 2 cruise (tør) | 3,012 | 29,553 |
| CF6-80C2B1F turbofan | Boeing 747-400 cruise | 5,950 | 58,400 |
| General Electric CF6-turbofan | Havniveau | 11,700 | 115,000 |
| Specifik impuls og effektiv udstødningshastighed for et par større raketmotorer. | |||
Enheder
| Specifik impuls | Specifik impuls | Effektiv udstødningshastighed | Specifikt brændstofforbrug | |
| SI | =X sekunder | =9,8066 X N-s/kg | =9,8066 X m/s | =(101,972/X) g/kN-s |
| Engelske enheder | =X sekunder | =X lbf-s/lb | =32,16 X ft/s | =(3,600/X) lb/lbf-h |
| Engelske og SI-enheder (det metriske system) til forskellige målinger af raketmotorers ydeevne. | ||||
Den mest almindelige måde at måle specifik impuls på i dag er ved hjælp af sekunder. Dette bruges både i SI-verdenen (det metriske system) og i de lande, hvor der anvendes engelske enheder. På denne måde er enhederne identiske overalt. Det betyder, at specifik impuls kan bruges til at sammenligne motorydelse i alle lande. De fleste virksomheder, der fremstiller raketmotorer eller jetmotorer, bruger sekunder til at reklamere for deres produkts ydeevne.
Den anden almindelige måde at måle specifik impuls på er i meter per sekund (m/s), som også kaldes effektiv udstødningshastighed. For mange motorer er den effektive udstødningshastighed forskellig fra den hastighed, hvormed gasserne rent faktisk kommer ud af dysen.
Relaterede sider
- Jetmotor
- Impuls (fysik) - ændring i impuls
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er specifik impuls?
A: Specifik impuls (ofte forkortet til Isp) er en måde at beskrive, hvor godt en raket- eller jetmotor fungerer. Den kan bruges til at sammenligne raketter af forskellig størrelse og måle den kraft, som en motor udøver for hver smule brændstof.
Sp: Hvordan måles den specifikke impuls?
A: Den specifikke impuls måles ved at vide, hvor meget brændstof der er i motoren, og beregne, hvor meget kraft den producerer for den pågældende mængde brændstof.
Spørgsmål: Hvad betyder en høj specifik impuls?
A: En høj specifik impuls betyder, at en raket har brug for mindre brændstof for at yde lige så godt, så den bruger brændstoffet mere effektivt end en raket med en lavere specifik impuls.
Spørgsmål: Hvordan kan vi bruge den specifikke impuls til at sammenligne motorer?
A: Specifik impuls kan bruges på samme måde som miles per gallon eller liter pr. 100 kilometer bruges til at sammenligne biler, så vi kan sammenligne raket- eller jetmotorer på grundlag af deres effektivitet.
Spørgsmål: Betyder en højere specifik impuls, at en motor er "kraftigere"?
A: Nej, en højere specifik impuls betyder ikke nødvendigvis, at en motor er "kraftigere". Faktisk er konstruktionen af motorer med de højeste specifikke impulser normalt de svageste med hensyn til accelerationskraft.
Spørgsmål: Hvordan kan to raketter med forskellige motorer, men med samme mængde brændstof, køre mod hinanden?
Svar: I et kapløb mellem to raketter med samme mængde brændstof og to forskellige motorer vil den med den kraftigere motor tidligt tage en føring, men når den har brændt alt sit brændstof op, vil raketten med højere specifik impuls stadig have noget brændstof tilbage og fortsætte med at accelerere, indtil den til sidst overhaler sin modpart, hvis der er tilstrækkelig afstand til, at den kan udnytte sin langsigtede fordel.
