AlegsaOnline.com

Spesifik dürtü

Yazar: Leandro Alegsa

18-05-2022

Özgül itki (genellikle I olarak kısaltılır_sp ) bir roketin ne kadar iyi performans gösterdiğini tanımlamanın bir yoludur. Aynı zamanda bir jet motorunun ne kadar iyi performans gösterdiğini tanımlamak için de kullanılır. Farklı boyutlardaki roketleri karşılaştırmak için kullanılabilir. Belirli bir motorun her bir yakıt parçası için ne kadar güç ürettiğini bilmenin bir yoludur. Bunu yapmak için motorda ne kadar yakıt olduğunu bilmek gerekir. Yüksek özgül itki, bir roketin daha iyi performans göstermek için daha az yakıta ihtiyaç duyduğu anlamına gelir. Özgül itki daha düşükse, roketin daha iyi performans göstermesi için daha fazla yakıta ihtiyacı olduğu anlamına gelir.

Özgül itki, roket veya jet motorlarını karşılaştırmak için faydalı bir değerdir. Arabaları karşılaştırmak için galon başına mil veya 100 kilometrede litre gibi kullanılır. Daha yüksek özgül itkiye sahip bir motor yakıtı daha iyi kullanır. Bu, tüm yakıt tükendikten sonra aynı miktarda yakıtın roketin daha hızlı gitmesini sağladığı anlamına gelir.

Daha yüksek özgül itkiye sahip bir roket motoru 'daha güçlü' olduğu anlamına gelmez. Yani, roketin daha fazla hızlanmasını sağlamaz. Aslında, iyon motorları gibi en yüksek özgül itkiye sahip motorların tasarımları, tüm motor türleri arasında 'en zayıf' olanlardır. Çok az miktarda yakıt kullanarak roketi uzun bir süre boyunca yavaş ama istikrarlı bir şekilde hızlandırırlar. Aynı miktarda yakıta ve iki farklı motora sahip iki roket arasındaki bir yarışta, daha güçlü motora sahip olan erken öne geçecektir, ancak tüm yakıtını yaktığında, daha yüksek özgül itkiye sahip roketin hala biraz yakıtı kalacak ve hızlanmaya devam edecektir. Sonunda diğerini geçecek ve eğer mesafe uzun vadeli avantajını kullanabileceği kadar büyükse yarışı kazanacaktır.

Bir Estes A10-PT roket motorunun yaklaşık 1 saniye boyunca oluşturduğu kuvveti gösteren bir şekil. Ayrıca itki, yakıt miktarı ve özgül itki hakkında bilgiler de bulunmaktadır.

Ölçümler

İnsanların belirli bir dürtü için sayıyı bulmalarının iki yolu vardır. Özgül itkiyi bulmak için, itki yakıt miktarına bölünür. İmpuls, bir roket motorunun ne kadar kuvvet uyguladığının ve ne kadar süreyle uyguladığının bir ölçüsüdür. Uzun süre düşük kuvvet uygulayan bir motor bazen kısa süre yüksek kuvvet uygulayan bir motordan daha yüksek bir itkiye sahip olabilir. İtki Newton çarpı saniye (N*s) cinsinden ölçülür.

Özgül itkiyi bulmak için kullanılan yakıt miktarı farklı şekillerde ölçülebilir. Bazen kütle bazen de ağırlık olarak ölçülür. Yakıt miktarı kütle olarak ölçüldüğünde, özgül itki hız olarak ifade edilir. Bu genellikle saniyede metre cinsindendir. Özgül itki hız olarak ölçüldüğünde, başka bir adı vardır. Buna etkili egzoz hızı da denir. Yakıt miktarını ölçmenin diğer yolu ağırlıktır. Ağırlık kullanılıyorsa, özgül itki zaman birimindedir, genellikle saniye cinsindendir. Bu iki yöntem de yaygındır. Her ikisi de motorların performansını karşılaştırır.

Özgül itki daha yüksek olduğunda, roketin belirli bir seviyede performans göstermesi için daha az yakıta ihtiyaç duyulur. Dolayısıyla, özgül itki daha yüksekse bir yakıt daha verimlidir.

İtiş gücü ile özel dürtüyü karıştırmamaya dikkat edin. İtme, yalnızca bir roket tarafından zamanın bir noktasında yapılan kuvvettir. Özgül itki, ne kadar yakıt olduğuna bağlı olarak kuvvetin bir ölçüsüdür.

İnsanlar özgül itkiyi bulduklarında, sayılan tek yakıt ateşlenmeden önce roketin içindedir. Buna yakıt ve oksitleyici (yakıtın yanmasına yardımcı olan kısım) dahildir. Oksitleyici bazen oksijen, çoğu zaman da başka bir şeydir (bkz. Roket motoru#Sıvılar, katılar ve hibritler).

Örnekler

Bir roketi itmek için farklı yolların özgül itkisi
Motor	Etkin egzoz hızı (m/s, kg-m/s/kg)	Spesifik dürtü (ler)	Kg egzoz başına enerji (MJ/kg)
Turbofan jet motoru (gerçek V ~300)	29,000	3,000	~0.05
Katı yakıtlı roket	2,500	250	3
Sıvı yakıtlı roket	4,400	450	9.7
İyon itici	29,000	3,000	430
Çift Kademeli Dört Izgaralı Elektrostatik İyon İtici	210,000	21,400	22,500
VASIMR	30,000-120,000	3,000-12,000	1,400

Jet (uçak) motorları yakıtı roket motorlarından daha iyi kullanır. Bunun nedeni gazların o kadar hızlı kaçmamasıdır. O kadar hızlı kaçmadıkları için egzoz o kadar fazla enerji taşımaz. Bu da jet motorunun jeti itmek için çok daha az enerji kullandığı anlamına gelir. Ayrıca jet havada uçarken motorun içinden geçen hava yakıtın daha hızlı yanmasına yardımcı olur.

Model roketçilik

Özgül itki, model roket motorlarının ne kadar iyi çalıştığını tanımlamak için de kullanılır. Aşağıdaki tabloda Estes'in çeşitli roket motorları için iddia ettiği özgül itki değerlerinden bazıları yer almaktadır: Estes Industries büyük, tanınmış bir Amerikan model roket ve roket parçaları satıcısıdır. Model roket motorlarının özgül itkisi diğer birçok roket motoruna göre çok daha düşüktür çünkü yakıt olarak kara barut kullanılmaktadır. Kara barut model roket motorlarında daha ucuza mal olduğu için kullanılır.

Motor	Toplam İmpuls (Ns)	Yakıt Ağırlığı (N)	Özgül İmpuls (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
Çeşitli Estes roket motorları için özel impulslar.

Daha Büyük Roket Motorları

İşte daha büyük roket motorları için bazı örnek sayılar:

Motor tipi	Örnek Kullanım	Özgül dürtü (s)	Etkin egzoz hızı (m/s)
NK-33 roket motoru	Vakum	331	3,240
SSME roket motoru	Uzay mekiği vakumu	453	4,423
Ramjet	Mach 1	800	7,877
J-58 turbojet	SR-71 Mach 3.2'de (Islak)	1,900	18,587
Rolls-Royce/Snecma Olympus 593	Concorde Mach 2 seyir (Kuru)	3,012	29,553
CF6-80C2B1F turbofan	Boeing 747-400 seyir	5,950	58,400
General Electric CF6 turbofan	Deniz seviyesi	11,700	115,000
Birkaç büyük roket motoru için özgül itki ve etkin egzoz hızı sayıları.

Birimler

	Özgül İmpuls (ağırlıkça)	Özgül İmpuls (kütleye göre)	Etkin egzoz hızı	Spesifik yakıt tüketimi
SI	=X saniye	=9,8066 X N-s/kg	=9.8066 X m/s	=(101,972/X) g/kN-s
İngilizce birimler	=X saniye	=X lbf-s/lb	=32,16 X ft/s	=(3,600/X) lb/lbf-h
Çeşitli roket motoru performans ölçümleri için İngilizce ve SI (Metrik sistem) birimleri.

Günümüzde spesifik impulsu ölçmenin en yaygın yolu saniyedir. Bu hem SI (metrik sistem) dünyasında hem de İngiliz birimlerinin kullanıldığı yerlerde kullanılır. Bu şekilde birimler her yerde aynıdır. Bu, özgül itkinin herhangi bir ülkedeki motor performansını karşılaştırmak için kullanılabileceği anlamına gelir. Roket motorları veya jet motorları üreten çoğu şirket, ürünlerinin performansının reklamını yapmak için saniye birimini kullanır.

Spesifik impulsu ölçmenin diğer yaygın yolu, etkin egzoz hızı olarak da adlandırılan saniyede metre (m/s) cinsindendir. Birçok motor için etkin egzoz hızı, gazların nozülden gerçekte çıktığı hızdan farklıdır.

İlgili sayfalar

Jet motoru
İmpuls (fizik) - momentumdaki değişim

Sorular ve Yanıtlar

S: Özgül itki nedir?

C: Özgül itki (genellikle Isp olarak kısaltılır) bir roket veya jet motorunun ne kadar iyi performans gösterdiğini tanımlamanın bir yoludur. Farklı boyutlardaki roketleri karşılaştırmak ve bir motorun her bir yakıt için ürettiği kuvvet miktarını ölçmek için kullanılabilir.

S: Özgül itki nasıl ölçülür?

C: Özgül itki, motorda ne kadar yakıt olduğunu bilerek ve bu yakıt miktarı için ne kadar kuvvet ürettiğini hesaplayarak ölçülür.

S: Yüksek özgül itki ne anlama gelir?

C: Yüksek özgül itki, bir roketin iyi performans göstermek için daha az yakıta ihtiyaç duyduğu anlamına gelir, bu nedenle yakıtı daha düşük özgül itkiye sahip olandan daha verimli kullanır.

S: Motorları karşılaştırmak için özgül itkiyi nasıl kullanabiliriz?

C: Özgül itki, arabaları karşılaştırmak için galon başına mil veya 100 kilometre başına litre gibi kullanılabilir ve roket veya jet motorlarını verimliliklerine göre karşılaştırmamıza olanak tanır.

S: Daha yüksek bir özgül itkiye sahip olmak bir motorun 'daha güçlü' olduğu anlamına mı gelir?

C: Hayır, daha yüksek bir özgül itkiye sahip olmak bir motorun 'daha güçlü' olduğu anlamına gelmez. Aslında, en yüksek özgül itkiye sahip motor tasarımları genellikle ivmelenme gücü açısından en zayıf olanlardır.

S: Farklı motorlara ama aynı miktarda yakıta sahip iki roket birbiriyle nasıl yarışır?

C: Aynı miktarda yakıta ve iki farklı motora sahip iki roket arasındaki bir yarışta, daha güçlü motora sahip olan erken öne geçecektir, ancak tüm yakıtını yaktığında, daha yüksek özgül itkiye sahip roketin hala biraz yakıtı kalacak ve uzun vadeli avantajını kullanması için yeterli mesafe varsa, sonunda diğerini geçene kadar hızlanmaya devam edecektir.