Specifieke stoot
Een specifieke impuls (vaak afgekort tot Isp) is een manier om te beschrijven hoe goed een raket presteert. Het wordt ook gebruikt om te beschrijven hoe goed een straalmotor presteert. Het kan worden gebruikt om raketten van verschillende grootte te vergelijken. Het is een manier om te weten hoeveel kracht een bepaalde motor uitoefent op elk bitje brandstof. Om dit te doen moet men weten hoeveel brandstof er in de motor zit. Een hoge specifieke impuls betekent dat een raket minder brandstof nodig heeft om ook te presteren. Als de specifieke impuls lager is, betekent dit dat de raket meer brandstof nodig heeft om ook te presteren.
Een specifieke impuls is een nuttige waarde om raket- of straalmotoren te vergelijken. Het wordt gebruikt zoals mijl per gallon of liter per 100 kilometer wordt gebruikt om auto's te vergelijken. Een motor met een hogere specifieke impuls gebruikt beter brandstof. Dit betekent dat dezelfde hoeveelheid brandstof de raket sneller laat gaan nadat alle brandstof op is.
Een raketmotor met een hogere specifieke impuls betekent niet dat hij 'krachtiger' is. Dat wil zeggen dat het de raket niet harder laat versnellen. In feite zijn de ontwerpen voor motoren met de hoogste specifieke impuls, zoals ionenmotoren, de 'zwakste' van alle soorten motoren. Ze versnellen de raket langzaam maar gestaag over een lange periode met slechts een kleine hoeveelheid brandstof. In een race tussen twee raketten met dezelfde hoeveelheid brandstof en twee verschillende motoren zal degene met de krachtigere motor een vroege voorsprong nemen, maar als hij al zijn brandstof verbrandt, zal de raket met de hoogste specifieke impuls nog wat brandstof over hebben en blijven versnellen. Uiteindelijk zal hij zijn tegenhanger inhalen en de race winnen als de afstand groot genoeg is om zijn voordeel op lange termijn te benutten.
Een figuur die de kracht van een Estes A10-PT raketmotor toont over ongeveer 1 seconde. Er is ook informatie over de impuls, de hoeveelheid brandstof en de specifieke impuls.
Metingen
Er zijn twee manieren waarop mensen het nummer vinden voor specifieke impulsen. Om de specifieke impuls te vinden, deelt men de impuls door de hoeveelheid brandstof. Impuls is een meting van hoeveel kracht een raketmotor maakt en voor hoe lang. Een motor die lange tijd een lage kracht uitoefent kan soms een hogere impuls hebben dan een motor die korte tijd een hoge kracht uitoefent. Impuls wordt gemeten in Newtons maal seconden (N*s).
De hoeveelheid brandstof die wordt gebruikt om een specifieke impuls te vinden, kan op verschillende manieren worden gemeten. Soms wordt het gemeten in massa en soms in gewicht. Wanneer de hoeveelheid brandstof wordt gemeten in massa, wordt de specifieke impuls uitgedrukt in een snelheid. Dit is meestal in meters per seconde. Wanneer een specifieke impuls als snelheid wordt gemeten, heeft deze een andere naam. Het wordt ook wel de effectieve uitlaatsnelheid genoemd. De andere manier om de hoeveelheid brandstof te meten is gewicht. Als het gewicht wordt gebruikt, is de specifieke impuls in eenheden van tijd, meestal in seconden. Deze twee manieren zijn beide gebruikelijk. Ze vergelijken beide de prestaties van motoren.
Wanneer de specifieke impuls hoger is, is er minder brandstof nodig om de raket op een bepaald niveau te laten presteren. Een brandstof is dus efficiënter als de specifieke impuls hoger is.
Wees voorzichtig om stuwkracht en specifieke impulsen niet te verwarren. Stuwkracht is slechts de kracht die een raket op een bepaald moment uitoefent. De specifieke impuls is een maat voor de kracht op basis van de hoeveelheid brandstof die er is.
Wanneer mensen een specifieke impuls vinden, zit de enige brandstof die geteld wordt in de raket voordat deze wordt afgevuurd. Dit is inclusief de brandstof en de oxidator (het deel van de brandstof dat de brandstof helpt verbranden). De oxidator is soms zuurstof, of vaak iets anders (zie Raketmotor#Vloeistoffen, vaste stoffen en hybriden).
Voorbeelden
| Specifieke impulsen van verschillende manieren om een raket te duwen | |||
| Motor | Effectieve uitlaatsnelheid | Specifieke | Energie per kg uitlaat |
| Turbofan straalmotor | 29,000 | 3,000 | ~0.05 |
| Vaste brandstof raket | 2,500 | 250 | 3 |
| Vloeibare brandstof raket | 4,400 | 450 | 9.7 |
| Ionschroef | 29,000 | 3,000 | 430 |
| Elektrostatische Ionschroef met dubbele fase vier | 210,000 | 21,400 | 22,500 |
| VASIMR | 30,000-120,000 | 3,000-12,000 | 1,400 |
Straalmotoren (vliegtuigmotoren) gebruiken beter brandstof dan raketmotoren. Dit komt omdat de gassen niet zo snel ontsnappen. Omdat ze minder snel ontsnappen, neemt de uitlaat minder energie mee. Dit betekent dat de straalmotor veel minder energie gebruikt om de straal te duwen. Het komt ook omdat de lucht die door de motor gaat terwijl de straaljager door de lucht vliegt, de brandstof sneller doet verbranden.
Modelrakettechniek
Specifieke impulsen worden ook gebruikt om te beschrijven hoe goed modelbouwraketmotoren werken. In de tabel hieronder staan enkele van Estes' geclaimde waarden voor specifieke impulsen voor verschillende van hun raketmotoren: Estes Industries is een grote, bekende Amerikaanse verkoper van modelbouwraketten en raketonderdelen. De specifieke impuls voor modelbouwraketmotoren is veel lager dan voor veel andere raketmotoren omdat het zwart buskruit als brandstof wordt gebruikt. Zwarte kruit wordt gebruikt in modelbouwraketmotoren omdat het minder kost.
| Motor | Totale impuls (Ns) | Brandstofgewicht (N) | Specifieke impulsen |
| Estes A10-3T | 2.5 | .0370 | 67.49 |
| Schat A8-3 | 2.5 | .0306 | 81.76 |
| Estes B4-2 | 5.0 | .0816 | 61.25 |
| Schat B6-4 | 5.0 | .0612 | 81.76 |
| Schat C6-3 | 10 | .1223 | 81.76 |
| Schat C11-5 | 10 | .1078 | 92.76 |
| Schat D12-3 | 20 | .2443 | 81.86 |
| Schat E9-6 | 30 | .3508 | 85.51 |
| Specifieke impulsen voor verschillende Estes-raketmotoren. | |||
Grotere raketmotoren
Hier zijn enkele voorbeeldnummers voor grotere raketmotoren:
| Type motor | Voorbeeld Gebruik | Specifieke impulsen | Effectieve uitlaatsnelheid (m/s) |
| NK-33-raketmotor | Vacuüm | 331 | 3,240 |
| SSME-raketmotor | Ruimteveer vacuüm | 453 | 4,423 |
| Ramjet | Mach 1 | 800 | 7,877 |
| J-58 turbojet | SR-71 bij Mach 3.2 (Nat) | 1,900 | 18,587 |
| Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 | Concorde Mach 2 cruise (Droog) | 3,012 | 29,553 |
| CF6-80C2B1F turbofan | Boeing 747-400 cruise | 5,950 | 58,400 |
| Algemeen Elektrische CF6 turbofan | Zeespiegel | 11,700 | 115,000 |
| Specifieke impulsen en effectieve uitlaatsnelheidsaantallen voor een paar grotere raketmotoren. | |||
Eenheden
| Specifieke impuls | Specifieke impuls | Effectieve uitlaatsnelheid | Specifiek brandstofverbruik | |
| SI | =X seconden | =9,8066 X N-s/kg | =9,8066 X m/s | =(101,972/X) g/kN-s |
| Engelse eenheden | =X seconden | =X lbf-s/lb | =32,16 X ft/s | =(3.600/X) lb/lbf-h |
| Engelse en SI (Metrisch systeem) eenheden voor verschillende prestatiemetingen van raketmotoren. | ||||
De meest gebruikelijke manier om een specifieke impuls te meten is vandaag de dag in seconden. Dit wordt zowel gebruikt in de SI-wereld (metrisch stelsel) als daar waar Engelse eenheden worden gebruikt. Op deze manier zijn de eenheden overal identiek. Dit betekent dat specifieke impulsen kunnen worden gebruikt om de motorprestaties in elk land te vergelijken. De meeste bedrijven die raketmotoren of straalmotoren maken, gebruiken seconden om de prestaties van hun product te adverteren.
De andere gangbare manier om specifieke impulsen te meten is in meters per seconde (m/s), wat ook wel effectieve uitlaatsnelheid wordt genoemd. Voor veel motoren is de effectieve uitlaatsnelheid anders dan de snelheid waarmee de gassen daadwerkelijk uit het mondstuk komen.
Gerelateerde pagina's
- Straalmotor
- Impuls (fysica) - de verandering in het momentum
Vragen en antwoorden
V: Wat is specifieke impuls?
A: Specifieke impuls (vaak afgekort tot Isp) is een manier om te beschrijven hoe goed een raket of straalmotor presteert. Het kan worden gebruikt om raketten van verschillende grootte te vergelijken en de hoeveelheid kracht te meten die een motor levert voor elk beetje brandstof.
V: Hoe wordt de specifieke impuls gemeten?
A: De specifieke impuls wordt gemeten door te weten hoeveel brandstof er in de motor zit en te berekenen hoeveel kracht de motor produceert voor die hoeveelheid brandstof.
V: Wat betekent een hoge specifieke impuls?
A: Een hoge specifieke impuls betekent dat een raket minder brandstof nodig heeft om even goed te presteren, en dus efficiënter met brandstof omgaat dan een raket met een lagere specifieke impuls.
V: Hoe kunnen wij specifieke impuls gebruiken om motoren te vergelijken?
A: De specifieke impuls kan worden gebruikt zoals mijlen per gallon of liters per 100 kilometer worden gebruikt om auto's te vergelijken, zodat wij raket- of straalmotoren kunnen vergelijken op basis van hun efficiëntie.
V: Betekent een hogere specifieke impuls dat een motor "krachtiger" is?
A: Nee, een hogere specifieke impuls betekent niet noodzakelijk dat een motor "krachtiger" is. In feite zijn de ontwerpen voor motoren met de hoogste specifieke impulsen meestal de zwakste in termen van acceleratievermogen.
V: Hoe kunnen twee raketten met verschillende motoren maar met dezelfde hoeveelheid brandstof tegen elkaar racen?
A: In een race tussen twee raketten met dezelfde hoeveelheid brandstof en twee verschillende motoren, zal de raket met de krachtigste motor een vroege voorsprong nemen, maar wanneer hij al zijn brandstof opbrandt, zal de raket met de hogere specifieke impuls nog wat brandstof over hebben en blijven versnellen tot hij uiteindelijk zijn tegenhanger inhaalt als er genoeg afstand is om zijn voordeel op lange termijn te gebruiken.
