Связь выбора ракетного топлива с конкретным импульсом

Можно ли напрямую связать выбор горючего/окислителя с удельным импульсом в вакууме? Я пробовал несколько разных методов, но не могу напрямую связать их.

Ответы (4)

Удельный импульс будет варьироваться в зависимости от точной конструкции двигателя (такт двигателя, соотношение смеси, давление в камере, размер сопла и другие термодинамические характеристики), но на странице жидкостного ракетного топлива Википедии есть таблица, в которой указан типичный удельный импульс (выраженный как выхлоп). скорость в м/с) для различных комбинаций пороха.

Химическая сторона вещей обычно такова:

  1. Сделайте обоснованное предположение о том, какие продукты выхлопа образуются в результате реакции.
  2. Рассчитайте энергию, освобождающуюся в результате этой реакции (с помощью таблиц дельта-h).
  3. Используйте высвободившуюся энергию, чтобы найти условия в камере (температура/давление).
  4. Посмотрите химические равновесия для этих условий камеры, чтобы сделать более точное предположение для 1) (больше табличных значений)
  5. Повторяйте эти шаги до тех пор, пока у вас не будет четкой картины того, как протекает реакция.
  6. Используйте простую теплофизику для расчета скорости выхлопа с учетом состава выхлопа, температуры и давления.

Фактический удельный импульс будет варьироваться в зависимости от конструкции двигателя.

Есть только одно неизвестное, которое вы не можете легко вычислить, и это состав выхлопных газов. Если вы угадаете какое-то распределение по школьной химии, вы сможете получить оценку первого порядка изменения температуры и молекулярной массы.

В то время как влияние давления на вакуумное ISP невелико, давление в камере смещает химическое равновесие сгорания, что может привести к образованию более крупных молекул при более высоких давлениях, тем самым уменьшая ISP.

Попробуйте ввести некоторые числа и вещества в этот удобный инструмент:

https://cearun.grc.nasa.gov/

Как правило, Isp пропорционален квадратному корню из отношения температуры камеры к молекулярной массе топлива, поэтому более легкие виды топлива (такие как водород) обычно обеспечивают более высокое значение Isp.

Как упоминали другие люди, Isp зависит как от сгорания, так и от конструкции сопла, даже в вакууме. Если вас интересует вклад топлива/сгорания в Isp, посмотрите характеристическую скорость .