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比衝量
鎖定
- 中文名
- 比衝量
- 外文名
- Specific impulse
- 性 質
- 動力學術語
- 符 號
- Isp
- 單 位
- N/(kg/s)，s，m/s
- 影響因素
- 化學能、燃料效率和噴管效率
- 用 途
- 衡量火箭引擎效率的一種標準量
- 分 類
- 海平面比衝量、真空比衝量
比衝量定義
比衝量標準定義
比衝的定義為單位推進劑的量所產生的衝量，用符號
表示。其中推進劑的量有兩種描述方式，一種是重量描述，一種是質量描述。相應的定義式如下：
重量描述 | 質量描述 |
|---|---|
| 
|
其中：
需要注意的是，一般“重量”概念與地表附近的引力場有關，但在太空或軌道中“重量”只表示質量乘以標準重力加速度（或稱標準重力）
，即
，
是一個約定的常數，精確定義為
，不隨所處引力場位置變化而變化。
[1]
比衝量擴展定義
將定義式進行擴展。利用
，
以及
可以得到下式：
重量描述 | 質量描述 |
|---|---|
| 
|
其中：
而
也是比衝又被稱為“比推力”的原因。
上面定義的是瞬時比衝，我們還可以對時間積分寫出時間平均下的比衝表示：
重量描述 | 質量描述 |
|---|---|
| 
|
可以發現，在重量和質量兩種描述下，比衝的表示僅僅只是相差一個常數係數
。
對於液體發動機，容易測量每時刻的推力以及推進劑流速，從而計算瞬時或平均比衝；但是固體發動機很難計算推進劑流速，因此通常用下式計算平均比衝：
重量描述 | 質量描述 |
|---|---|
| 
|
比衝量單位與換算
重量描述 | 質量描述 | |
|---|---|---|
量綱 | 
（時間量綱） | 
（速度量綱） |
國際單位 | 
| 
|
英制工程單位 |
（秒） | 
|
單位換算如下表所示
國際單位 | 英制工程單位 | |||
重量描述 | 質量描述 | 重量描述 | 質量描述 | |
1
| 9.80665 
或 
| 1
| 32.1740 
| 1 
|
0.101972
| 1
或
| 0.101972
| 3.28084
| 0.101972
|
0.0310810
| 0.3048
或
| 0.0310810
| 1
| 0.0310810
|
表中同一行中的任意兩個值含義相同，例如第二行中第二和第四列 
備註： 1磅精確定義為0.45359237千克； | ||||
比衝量影響因素
是衡量火箭發動機特性的重要參數，單位是秒（s）。比衝大小對火箭的射程影響很大，比衝越高，射程越遠。要獲得高比衝推進劑，要求推進劑具有高的化學能、高的燃燒效率和高的噴管效率，噴管形狀直接影響比衝的大小。
比衝量越高，火箭獲得的總動力越大，最終的速度越快，典型的固體火箭發動機的比衝量可以達到290秒，液體火箭主發動機的比衝量則是300至453秒，而離子發動機則能獲得更大的比衝量。按照上面的定義，用物理學的單位換算，比衝量的單位是米每秒m/s，與速度V單位相同：FT/M=MV/M=V，與上述簡化單位相差一個重力加速度g：FT/M=MgT/M=gT。例如“比衝量可以達到290秒”是指火箭噴出的燃料的速度可以達到290*g=2900m/s。比衝量與火箭噴出的燃料的速度成正比，要提高比衝量，就要想辦法提高火箭噴出的燃料速度。比衝量的極限即為燃料噴出速度達到光速，換算成以秒作單位則是3×10^8秒。
比衝量常見發動機比衝量
液體火箭發動機的比衝量為2500-4600牛秒/千克；
固體火箭發動機比衝量為2000～3000牛秒/千克；
渦輪噴氣發動機比衝量為30000～40000牛秒/千克；
渦輪風扇發動機可達72000牛秒/千克。
- 參考資料
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- 1. The International System of Units (SI) ．Bureau international des poids et mesures．2006[引用日期2019-12-11]
- 2. George P. Sutton, Oscar Biblarz．Rocket Propulsion Elements．Hoboken, New Jersey：John Wiley & Sons, Inc.，2010：28-46
- 3. 1959 Research Highlights of the National Bureau of Standers ．U.S. Government Publishing Office[引用日期2019-12-11]
