Impulso específico

El impulso específico de un motor de cohete es el cambio en el impulso por masa expulsada (gases de combustión o masa de apoyo ). El impulso específico aumenta con la velocidad de salida efectiva de la masa expulsada. Es un parámetro esencial de una unidad o un combustible independientemente del tamaño del motor.

La unidad de impulso específico es metros por segundo (m / s), la misma que la de la velocidad . En el caso de los motores de cohetes, se acostumbra desviarse de esto para describir la masa como su peso bajo una aceleración de caída normal , por lo que el impulso específico (peso) se muestra en la unidad s. Un impulso específico dado en esta unidad se puede convertir en el valor compatible con SI multiplicándolo por la aceleración debida a la gravedad de alrededor de 9.806 m / s 2 .

definición

El impulso específico es

con el impulso y la masa expulsada Los puntos representan la derivada del tiempo. también lo es el rendimiento masivo . La tasa de cambio de impulso resultante , la fuerza , se llama empuje . Dado que el impulso tiene la dimensión masa multiplicada por la velocidad y la masa se cancela, la unidad conforme al SI es m / s, pies imperiales / s.

Al dividir el momento específico por la aceleración estándar debida a la gravedad , se obtiene una cantidad física del tipo de cantidad tiempo ( ).

Valores de ejemplo para motores

El impulso específico de un motor de cohete químico está determinado por la velocidad de salida (determinada por la entalpía de reacción y la densidad del combustible, el aumento de temperatura o la velocidad de reacción alcanzada, el diseño y la integridad de la combustión). Los impulsos específicos más altos en las combinaciones de combustibles que se utilizan en la actualidad se logran con hidrógeno + oxígeno e hidrógeno + flúor. El valor más alto alcanzado experimentalmente es de alrededor de 4600 m / s ( motor RL-10B2 y Vinci ).

Los propulsores de iones utilizan campos eléctricos para acelerar los iones. Para ello, se ioniza un medio de trabajo. Dependiendo del voltaje aplicado, los iones pueden acelerarse a velocidades muy altas, teóricamente hasta casi la velocidad de la luz. Los propulsores de iones disponibles tienen impulsos específicos de 30 a 40 km / s, el motor de iones de 4 rejillas de doble etapa (DS4G) de la ESA logró un impulso específico de 210 km / s.

solicitud

El impulso específico de un motor cohete depende de la presión ambiental. La construcción de la boquilla Laval está optimizada para una presión final específica. Los grados superiores desarrollan el impulso específico más alto en el vacío. Al partir de la tierra, el impulso específico máximo alcanzable es de un 10 a un 15 por ciento más bajo debido a la presión atmosférica, ya que no se puede expandir por debajo del 40 por ciento de la presión externa en las etapas más bajas. De lo contrario, las boquillas de campana utilizadas normalmente provocarán una interrupción en el flujo ( criterio de Summerfield ). Una alternativa que funciona con la misma eficacia tanto en el aire como en el vacío es el motor aerospike .

Dado que el impulso de masa específica representa la velocidad de salida efectiva de los gases en unidades SI, la velocidad final del cohete se puede calcular a partir de la ecuación básica del cohete de Ziolkowski junto con la masa llena y vacía .

El impulso de volumen específico también es importante para los cohetes que se utilizan dentro de la atmósfera, así como para los cohetes militares que tienen que estar alojados en un silo o en un contenedor de transporte lo más pequeño posible , porque luego se quiere construir tan pronto como sea posible. lo más compacto posible, es decir, con baja resistencia al aire. Se forma multiplicando el impulso específico por la densidad del combustible :

Por ejemplo, el impulso específico de la combinación de tetróxido de nitrógeno con variantes de hidrazina es algo menor que el del oxígeno líquido y el queroseno . Sin embargo, la densidad es mayor, por lo que obtienes un misil más pequeño.

enlaces web

Evidencia individual

  1. Emma Young: Revelado un nuevo motor de iones superpotente. New Scientist, 18 de enero de 2006, consultado el 18 de noviembre de 2013 .