Удельная тяга в чем измеряется
Удельная тяга
Смотреть что такое «Удельная тяга» в других словарях:
УДЕЛЬНАЯ ТЯГА — показатель рабочих качеств двигателя, выражается отношением тяги (см. (1)) двигателя к его массе, объёму или др. параметру … Большая политехническая энциклопедия
Удельная тяга — Удельный импульс характеристика реактивного двигателя, равная отношению создаваемого им импульса (количества движения) к расходу (обычно массовому, но может соотноситься и, например, с объемом) топлива. Размерность величины совпадает с… … Википедия
УДЕЛЬНАЯ ТЯГА — отношение тяги двигателя к его массе, объёму или к др. параметру; показатель совершенства двигателя. У. т. воздушно реактивного двигателя отношение тяги к секундному массовому расходу воздуха. У ракетных двигателей тяга, отнесённая к секундному… … Большой энциклопедический политехнический словарь
удельная тяга — воздушно реактивного двигателя отношение тяги ВРД к секундному расходу воздуха. Максимальное значение У. т. составляет 1250 Н·с/кг в ТРДДФ при максимальном форсаже. У. т. нефорсированного ТРД может достигать 1000 Н·с/кг. ТРДД дозвуковых… … Энциклопедия «Авиация»
удельная тяга — воздушно реактивного двигателя отношение тяги ВРД к секундному расходу воздуха. Максимальное значение У. т. составляет 1250 Н·с/кг в ТРДДФ при максимальном форсаже. У. т. нефорсированного ТРД может достигать 1000 Н·с/кг. ТРДД дозвуковых… … Энциклопедия «Авиация»
удельная тяга ГТД — удельная тяга Отношение тяги ГТД к секундному расходу воздуха. [ГОСТ 23851 79] Тематики двигатели летательных аппаратов Синонимы удельная тяга … Справочник технического переводчика
Удельная тяга воздушно-реактивного двигателя — отношение тяги ВРД к секундному расходу воздуха. Максимальное значение У. т. составляет 1250 Н(·)с/кг в ТРДДФ при максимальном форсаже. У. т. нефорсированного ТРД может достигать 1000 Н(·)с/кг. ТРДД дозвуковых пассажирских самолётов имеют У. т.… … Энциклопедия техники
удельная тяга винта — Отношение эффективной тяги винта к мощности, затрачиваемой на его вращение. [ГОСТ 21664 76] Тематики винты воздушные авиационных двигателей … Справочник технического переводчика
удельная тяга двигателя — Тяга, развиваемая двигателем, отнесенная к секундному весовому расходу воздуха через двигатель … Политехнический терминологический толковый словарь
Воздушно-реактивный двигатель — (ВРД) тепловой реактивный двигатель, в качестве рабочего тела которого используется смесь забираемого из атмосферы воздуха и продуктов окисления топлива кислородом, содержащимся в воздухе. За счёт реакции окисления рабочее тело нагревается… … Википедия
Реактивная тяга или как устроен ионный реактивный двигатель
Не секрет, что все реактивные двигатели работают за счёт закона сохранения импульса. Именно из него вытекает, что реактивная тяга — это произведение массового расхода на скорость выхода рабочего тела из сопла.
Эту скорость принято называть удельным импульсом реактивного двигателя. Давайте для примера найдём реактивную тягу при стрельбе из автомата Калашникова, которая является основной составляющей отдачи. Пусть масса пули будет 0,016 кг, начальная скорость пули 700 м/с, а скорострельность 10 выстр./с. Тогда отдача F=700∙0,016∙10=112 Н (или 11 кгс). Большая отдача, но тут приведена техническая скорострельность 600 выстр./мин. В реальности стрельба ведётся очередями или одиночными и составляет ≈50 выстр./мин.
Вернёмся к реальным реактивным двигателям, в которых вместо пуль обычно используются потоки выходящего с гиперзвуковой скоростью газа. Химические реактивные двигатели являются самыми распространёнными, но не единственными.
В этой статье, с большим предисловием, я хочу рассказать об ионных реактивных двигателях (далее ИРД). ИРД используют в качестве рабочего тела заряженные частицы — ионы. Ионы имеют массу, и если их разогнать электрическим полем, то можно создать реактивную тягу. Это всё в теории, а теперь подробнее. ИРД имеет некоторый запас газа, который ионизируют (т.е. нейтрально-заряженные атомы газа разбивают на отрицательные электроны и положительные ионы) с помощью газового разряда. Далее ионы разгоняются электрическим полем с помощью специальной системы сеток, и эта же система сеток блокирует движение электронов. После того, как положительные ионы вылетели из сопла, их нейтрализуют отрицательными электронами (в результате этого происходит рекомбинация и газ начинает светиться), чтобы ионы не притягивались обратно к двигателю, и тем самым не снижали его тяги.
Удельный импульс ионных реактивных двигателей достигает 50 км/с, что в 150 раз превышает скорость звука! Увы, но тяга таких двигателей составляет около 0,2 Н. Почему же так? Ведь удельный импульс очень большой. Дело в том, что масса ионов очень маленькая и массовый расход получается небольшим. Для чего тогда такие двигатели нужны, если они ничего не смогут сдвинуть с места? На Земле может быть не смогут, а вот в космосе, где нет сил сопротивления, они достаточно эффективные. Существует такое понятие как полный импульс — произведение тяги на время или произведение удельного импульса на массу топлива, который у ИРД является достаточно большим.
Решим следующую задачу. Пусть жидкостный ракетный двигатель имеет удельный импульс 5 км/с, а у нашего ИРД он будет 50 км/с. И давайте масса рабочего тела (в ЖРД она равна массе топлива) у обоих двигателей будет 50 кг. Примем массу космического аппарата равной 100 кг.
Найдём по формуле Циолковского конечную скорость аппарата (т.е. когда в нём закончится рабочая масса).
И что получается, если ионный и химический реактивные двигатели будут иметь одинаковую массу топлива, то ИРД сможет разогнать космический аппарат до больших скоростей, нежели химический РД. Правда на ИРД космический аппарат будет разгонятся дольше до конечной скорости, чем на ЖРД. Но в путешествиях к далёким планетам, высокая конечная (разгонная) скорость будет компенсировать этот недостаток.
ИРД используются и в наше время. Например, аппарат Deep Space 1 сблизился с астероидом Брайль и кометой Борелли, передал на Землю значительный объём ценных научных данных и изображений.
Deep Space 1
Также космическая антенна LISA, которая сейчас находится на стадии проектирования, будет использовать ИРД для корректировки орбиты.
Laser Interferometer Space Antenna
И напоследок, давайте определим тягу ИРД, зная массу иона М=6,5∙10^-26 кг, ускоряющие напряжение U=50 кВ, ток нейтрализации I=0,5 А, элементарный заряд е=1,6∙10^-16 Кл.
Напряжение — это работа по переносу заряда, т.е. на выходе из сопла ион будет иметь кинетическую энергию равную произведению напряжения на заряд иона. Из кинетической энергии выражаем скорость (удельный импульс). Найдём массовый расход из определения тока, электрический ток — это проходящий заряд во времени. Получается, что массовый расход — это произведение массы иона и тока, делённое на заряд иона. Перемножая удельный импульс и массовый расход, получаем тягу равную 0,1 Н.
Подводя итог, хочу сказать, что существуют плазменные реактивные двигатели, у которых схожее устройство, но которые имеют намного больший массовый расход рабочего тела. Кто знает, может быть уже завтра на таких двигателях человечество будет летать на Марс и Луну.
Удельный импульс обратно пропорционален удельному расходу топлива (SFC) соотношением I sp = 1 / ( g o · SFC) для SFC в кг / (Н · с) и I sp = 3600 / SFC для SFC в фунтах / (фунт-силах). · Час).
СОДЕРЖАНИЕ
Общие Соображения
Если бы не сопротивление воздуха и уменьшение количества топлива во время полета, удельный импульс был бы прямой мерой эффективности двигателя в преобразовании веса или массы топлива в поступательный импульс.
Единицы
| Удельный импульс | Эффективная скорость выхлопа | Удельный расход топлива | ||
|---|---|---|---|---|
| По весу | По массе | |||
| SI | = х с | = 9.80665 · x Н · с / кг | = 9.80665 · x м / с | = 101,972 / x г / (кН · с) |
| Английские инженерные подразделения | = х с | = x фунт-сила · с / фунт | = 32,17405 · x фут / с | = 3600 / x фунт / (фунт-сила · час) |
Метры в секунду численно эквивалентны ньютон-секундам на кг (Н · с / кг), а измерения удельного импульса в системе СИ могут быть взаимозаменяемы в любых единицах. Этот блок подчеркивает определение удельного импульса как импульс на единицу массы топлива.
Удельный расход топлива обратно пропорционален удельному импульсу и измеряется в г / (кН · с) или фунт / (фунт-сила · час). Удельный расход топлива широко используется для описания характеристик воздушно-реактивных двигателей.
Удельный импульс в секундах
Удельный импульс, измеряемый в секундах, можно представить как «за сколько секунд один фунт топлива может создать один фунт тяги» или, точнее, «сколько секунд это ракетное топливо в паре с этим двигателем может разогнаться самостоятельно. начальная масса 1 г. » Чем больше секунд он может разогнать собственную массу, тем больше дельта-V он передает всей системе.
Другими словами, учитывая конкретный двигатель и массу определенного топлива, удельный импульс измеряет, как долго этот двигатель может проявлять постоянную силу (тягу) до полного сжигания этой массы топлива. Данная масса топлива с более высокой плотностью энергии может гореть дольше, чем топливо с меньшей плотностью энергии, созданное для приложения той же силы при горении в двигателе. Различные конструкции двигателей, сжигающие одно и то же топливо, могут не быть одинаково эффективными при преобразовании энергии топлива в эффективную тягу.
Для всех транспортных средств удельный импульс (импульс на единицу массы топлива на Земле) в секундах можно определить с помощью следующего уравнения:
Преимущество этого состава состоит в том, что его можно использовать в ракетах, где вся реакционная масса находится на борту, а также в самолетах, где большая часть реакционной массы отбирается из атмосферы. Кроме того, он дает результат, не зависящий от используемых единиц (при условии, что единицей измерения времени является секунда).
Ракетная техника
В ракетной технике единственной реакционной массой является топливо, поэтому используется эквивалентный способ вычисления удельного импульса в секундах. Удельный импульс определяется как тяга, интегрированная во времени на единицу массы топлива на Земле:
я s п <\ displaystyle I _ <\ rm 
удельный импульс, измеренный в секундах, v е <\ displaystyle v _ <\ text средняя скорость выхлопа по оси двигателя (в м / с или фут / с), грамм 0 <\ displaystyle g_ <0>> это стандарт силы тяжести (в м / с 2 или фут / с 2 ).
Удельный импульс как эффективная скорость истечения
Это уравнение также справедливо для воздушно-реактивных двигателей, но редко используется на практике.
(Обратите внимание, что иногда используются разные символы; например, c также иногда встречается для скорости выхлопа. Хотя этот символ может логически использоваться для удельного импульса в единицах (Н · с ^ 3) / (м · кг); чтобы избежать путаница, желательно зарезервировать это для конкретного импульса, измеряемого в секундах.) я зр <\ displaystyle I _ <\ text
Ракета должна нести с собой все топливо, поэтому масса несгоревшего топлива должна ускоряться вместе с самой ракетой. Минимизация массы топлива, необходимой для достижения заданного изменения скорости, имеет решающее значение для создания эффективных ракет. Уравнение ракеты Циолковского показывает, что для ракеты с заданной пустой массой и заданным количеством топлива полное изменение скорости, которое она может выполнить, пропорционально эффективной скорости истечения.
Космический корабль без двигателя движется по орбите, определяемой его траекторией и любым гравитационным полем. Отклонения от соответствующей картины скорости (они называются Δ v ) достигаются путем направления массы выхлопных газов в направлении, противоположном направлению желаемого изменения скорости.
Фактическая скорость выхлопа в зависимости от эффективной скорости выхлопа
Когда двигатель работает в атмосфере, скорость выхлопа снижается за счет атмосферного давления, что, в свою очередь, снижает удельный импульс. Это уменьшение эффективной скорости выхлопа по сравнению с фактической скоростью выхлопа, достигаемой в условиях вакуума. В случае ракетных двигателей газогенераторного цикла присутствует более одного потока выхлопных газов, так как выхлопные газы турбонасосов выходят через отдельное сопло. Расчет эффективной скорости выхлопа требует усреднения двух массовых потоков, а также учета любого атмосферного давления.
Примеры
Таким образом, воздушно-реактивный двигатель намного эффективнее ракетного двигателя, поскольку воздух служит реакционной массой и окислителем для сгорания, который не должен переноситься в качестве топлива, а фактическая скорость выхлопа намного ниже, поэтому кинетическая энергия унос выхлопных газов ниже, и поэтому реактивный двигатель использует гораздо меньше энергии для создания тяги. В то время как фактическая скорость выхлопа ниже для воздушно-реактивных двигателей, эффективная скорость выхлопа очень высока для реактивных двигателей. Это связано с тем, что расчет эффективной скорости истечения предполагает, что переносимое топливо обеспечивает всю реакционную массу и всю тягу. Следовательно, эффективная скорость выхлопа не имеет физического значения для дыхательных двигателей; тем не менее, это полезно для сравнения с другими типами двигателей.
_s_o_n_y_
Путь в космос или удельный импульс.