Impuls właściwy

Impuls właściwy – parametr silnika rakietowego w napędzie statków kosmicznych, oznaczany ${\displaystyle I}$ lub ${\displaystyle I_{sp},}$ równy stosunkowi popędu wytworzonej siły ciągu do masy zużytych materiałów (paliwa i utleniacza):

${\displaystyle I={\frac {F\ \Delta t}{\Delta m}}={\frac {\Delta p}{\Delta t}}\cdot {\frac {\Delta t}{\Delta m}}={\frac {\Delta p}{\Delta m}}.}$

Równoważny jest ilorazowi siły ciągu i strumienia masy, tj. masy czynnika roboczego wyrzucanego w jednostce czasu. Pomijając inne siły działające na poruszany obiekt, impuls właściwy odpowiada przyrostowi pędu obiektu w wyniku zużycia jednostki masy paliwa rakietowego i jest jednym z najważniejszych parametrów silników rakietowych pracujących w przestrzeni kosmicznej.

Wymiarem impulsu właściwego w układzie SI jest:

${\displaystyle [I]=1\mathrm {{\frac {N\cdot s}{kg}}=1{\frac {m}{s}}} ,}$

czyli wymiar prędkości – i w istocie impuls właściwy równy jest średniej prędkości wylotowej gazu:

${\displaystyle I=v_{e}^{}.}$

Impuls w sekundach

Często impuls właściwy określa się jako wytwarzany popęd przypadający na jednostkę ciężaru paliwa w warunkach ziemskich^[1]:

${\displaystyle I_{sp}={\frac {F\ \Delta t}{g\Delta m}}={\frac {\Delta p}{g\Delta m}}.}$

Siłę ciągu określa wzór:

${\displaystyle F_{c}=I_{sp}{\frac {\Delta m}{\Delta t}}g,}$

gdzie:

${\displaystyle F_{c}}$ – siła ciągu wytwarzana przez silnik w niutonach,

${\displaystyle I_{sp}}$ – impuls właściwy w sekundach,

${\displaystyle \Delta m/\Delta t}$ – szybkość tracenia masy (paliwa) w kg/s,

${\displaystyle g}$ – przyspieszenie ziemskie w m/s².

Obecnie używane w rakietach nośnych silniki używające jako paliwa ciekłego wodoru, a jako utleniacza ciekłego tlenu, mają impuls właściwy ok. 450 s (lub 4400 m/s), zaś silniki używające jako paliwa nafty, a jako utleniacza ciekłego tlenu, mają impuls właściwy ok. 330 s (lub 3200 m/s). Rakiety na paliwo stałe mają impuls właściwy poniżej 300 s. Silnik nuklearny opracowany w ramach programu NERVA, w którym energię dostarczał reaktor jądrowy a substancją roboczą był wodór, miał impuls właściwy 850 s. Obecnie używane silniki jonowe mają impuls właściwy rzędu kilku tysięcy sekund.

Zobacz też

• wzór Ciołkowskiego

Przypisy

1. Rocket Propulsion Elements, 7th Edition by George P. Sutton, Oscar Biblarz ; Praca zbiorowa Kopernik, astronomia, astronautyka: przewodnik encyklopedyczny pod red. Włodzimierza Zonna, Warszawa, PWN, 1973, s. 129, hasło „impuls właściwy”.

Encyklopedie internetowe (wielkość fizyczna):

• Britannica: technology/specific-impulse