Impulso específico
O impulso específico (muitas vezes abreviado para Isp) é uma forma de descrever o desempenho de um foguete. Também é usado para descrever o desempenho de um motor a jato. Ele pode ser usado para comparar foguetes de diferentes tamanhos. É uma maneira de saber quanta força um determinado motor produz para cada pedaço de combustível. Para fazer isso, é preciso saber quanto combustível há no motor. Um alto impulso específico significa que um foguete precisa de menos combustível para ter o mesmo desempenho. Se o impulso específico for menor, significa que o foguete precisa de mais combustível para ter o mesmo desempenho.
O impulso específico é um valor útil para comparar motores de foguete ou de jato. É usado muito parecido com milhas por galão ou litros por 100 quilômetros é usado para comparar carros. Um motor com um impulso específico superior utiliza melhor o combustível. Isto significa que a mesma quantidade de combustível permite que o foguete vá mais rápido depois que todo o combustível estiver esgotado.
Um motor de foguete com um impulso específico superior não significa que seja 'mais potente'. Ou seja, não fará com que o foguete acelere mais. Na verdade, os projetos para motores com o maior impulso específico, como os motores de íons, são os "mais fracos" de todos os tipos de motores. Eles aceleram o foguete lenta mas firmemente durante um longo período de tempo, utilizando apenas uma pequena quantidade de combustível. Em uma corrida entre dois foguetes com a mesma quantidade de combustível e dois motores diferentes, aquele com o motor mais potente assumirá uma liderança precoce, mas quando queimar todo o combustível, o foguetão com maior impulso específico ainda terá algum combustível e continuará a acelerar. Eventualmente, ultrapassará sua contraparte e vencerá a corrida se a distância for grande o suficiente para usar sua vantagem a longo prazo.
Uma figura mostrando a força feita por um motor de foguete Estes A10-PT durante cerca de 1 segundo. Há também informações sobre o impulso, a quantidade de combustível e o impulso específico.
Medidas
Há duas maneiras de as pessoas encontrarem o número para um impulso específico. Para encontrar o impulso específico, divide-se o impulso pela quantidade de combustível. Impulso é uma medida de quanta força um motor de foguete produz e por quanto tempo. Um motor que faz uma força baixa por um longo tempo pode às vezes ter um impulso maior do que um motor que faz uma força alta por um curto período de tempo. O impulso é medido em Newtons vezes segundos (N*s).
A quantidade de combustível utilizada para encontrar um impulso específico pode ser medida de diferentes maneiras. Às vezes é medida em massa e às vezes em peso. Quando a quantidade de combustível é medida em massa, o impulso específico é expresso como uma velocidade. Isto é normalmente em metros por segundo. Quando o impulso específico é medido como uma velocidade, ele tem outro nome. Também é chamada de velocidade de escape efetiva. A outra maneira de medir a quantidade de combustível é o peso. Se for usado peso, o impulso específico é em unidades de tempo, geralmente em segundos. Estas duas formas são ambas comuns. Ambas comparam o desempenho dos motores.
Quando o impulso específico é maior, é necessário menos combustível para que o foguete tenha um determinado nível de desempenho. Portanto, um combustível é mais eficiente se o impulso específico for maior.
Tome cuidado para não confundir empuxo e impulso específico. O impulso é apenas a força feita por um foguete em um ponto no tempo. O impulso específico é uma medida da força baseada na quantidade de combustível que existe.
Quando as pessoas encontram um impulso específico, o único combustível contado está no foguete antes que ele seja disparado. Isto inclui o combustível e o oxidante (a parte do combustível que ajuda a queimar o combustível). O oxidante às vezes é oxigênio, ou muitas vezes algo mais (ver motor de foguete#Líquidos, sólidos e híbridos).
Exemplos
| Impulso específico de diferentes maneiras de empurrar um foguete | |||
| Motor | Velocidade efetiva de escape | Impulso | Energia por kg de exaustão |
| Motor Turbofan Jet | 29,000 | 3,000 | ~0.05 |
| Foguete de combustível sólido | 2,500 | 250 | 3 |
| Foguete de combustível líquido | 4,400 | 450 | 9.7 |
| Propulsor de íons | 29,000 | 3,000 | 430 |
| Impulsor de íons eletrostático de grade dupla de quatro estágios | 210,000 | 21,400 | 22,500 |
| VASIMR | 30,000-120,000 | 3,000-12,000 | 1,400 |
Os motores a jato (aviões) utilizam melhor o combustível do que os motores de foguete. Isto ocorre porque os gases não escapam tão rápido. Como eles não escapam tão rápido, o escapamento não carrega tanta energia. Isto significa que o motor a jato usa muito menos energia para empurrar o jato. É também porque o ar que passa pelo motor enquanto o jato voa pelo ar ajuda o combustível a queimar mais rapidamente.
Modelo de fogueteria
O impulso específico também é usado para descrever como os motores de foguete modelo funcionam bem. Na tabela abaixo estão alguns dos valores reivindicados por Estes para impulsos específicos para vários de seus motores de foguete: Indústrias é um grande e bem conhecido vendedor americano de modelos de foguetes e peças de foguetes. O impulso específico para motores de foguetes de modelo é muito menor do que para muitos outros motores de foguetes porque o pó preto é usado como combustível. O pó preto é usado nos modelos de motores de foguetes porque custa menos.
| Motor | Impulso Total (Ns) | Peso do combustível (N) | Impulso (s) específico (s) |
| A10-3T | 2.5 | .0370 | 67.49 |
| A8-3 | 2.5 | .0306 | 81.76 |
| B4-2 | 5.0 | .0816 | 61.25 |
| B6-4 | 5.0 | .0612 | 81.76 |
| C6-3 | 10 | .1223 | 81.76 |
| C11-5 | 10 | .1078 | 92.76 |
| D12-3 | 20 | .2443 | 81.86 |
| E9-6 | 30 | .3508 | 85.51 |
| Impulsos específicos para vários motores de foguete Estes. | |||
Motores de Foguetes Maiores
Aqui estão alguns exemplos de números para motores de foguetes maiores:
| Tipo de motor | Exemplo de uso | Impulso (s) específico (s) | Velocidade efetiva de escape (m/s) |
| Motor de foguete NK-33 | Vácuo | 331 | 3,240 |
| Motor de foguete SSME | Vácuo da nave espacial | 453 | 4,423 |
| Ramjet | Mach 1 | 800 | 7,877 |
| J-58 turbo-jato | SR-71 em Mach 3.2 (Molhado) | 1,900 | 18,587 |
| Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 | Concorde Mach 2 cruzeiro (Seco) | 3,012 | 29,553 |
| CF6-80C2B1F turbofan | Boeing 747-400 cruzeiro | 5,950 | 58,400 |
| General Electric CF6 turbofan | Nível do mar | 11,700 | 115,000 |
| Números específicos de impulso e velocidade de escape efetiva para alguns motores de foguete maiores. | |||
Unidades
| Impulso Específico | Impulso Específico | Velocidade efetiva de exaustão | Consumo específico de combustível | |
| SI | =X segundos | =9,8066 X N-s/kg | =9,8066 X m/s | =(101,972/X) g/kN-s |
| Unidades em inglês | =X segundos | =X lbf-s/lb | =32,16 X ft/s | =(3,600/X) lb/lbf-h |
| Unidades em inglês e SI (sistema métrico) para várias medidas de desempenho de motores de foguetes. | ||||
A maneira mais comum de medir o impulso específico hoje em dia usa segundos. Isto é usado tanto no mundo SI (sistema métrico) quanto onde as unidades inglesas são usadas. Desta forma, as unidades são idênticas em todos os lugares. Isto significa que o impulso específico pode ser usado para comparar o desempenho do motor em qualquer país. A maioria das empresas que fabricam motores de foguete ou motores a jato usam segundos para anunciar o desempenho de seus produtos.
A outra forma comum de medir o impulso específico é em metros por segundo (m/s), o que também é chamado de velocidade efetiva de exaustão. Para muitos motores a velocidade efetiva de exaustão é diferente da velocidade que os gases realmente saem do bico.
Páginas relacionadas
- Motor a jato
- Impulso (física) - a mudança de impulso
Perguntas e Respostas
P: O que é um impulso específico?
R: Impulso específico (muitas vezes abreviado para Isp) é uma maneira de descrever o desempenho de um foguete ou de um motor a jato. Ele pode ser usado para comparar foguetes de diferentes tamanhos e medir a quantidade de força que um motor produz para cada pedaço de combustível.
P: Como é medido o impulso específico?
R: Impulso específico é medido pelo conhecimento da quantidade de combustível no motor e pelo cálculo da força que ele produz para essa quantidade de combustível.
P: O que significa um alto impulso específico?
R: Um impulso específico alto significa que um foguete precisa de menos combustível para funcionar também, então ele usa combustível de maneira mais eficiente do que um com um impulso específico menor.
P: Como podemos usar um impulso específico para comparar motores?
R: Impulso específico pode ser usado como milhas por galão ou litros por 100 quilômetros são usados para comparar carros, o que nos permite comparar motores de foguete ou de jato com base em sua eficiência.
P: Ter um impulso específico mais alto significa que um motor é "mais potente"?
R: Não, ter um impulso específico mais alto não significa necessariamente que um motor seja "mais potente". Na verdade, os projetos para motores com os impulsos específicos mais altos são geralmente os mais fracos em termos de potência de aceleração.
P: Como dois foguetes com motores diferentes, mas com a mesma quantidade de combustível, correm um contra o outro?
R: Em uma corrida entre dois foguetes com a mesma quantidade de combustível e dois motores diferentes, aquele com o motor mais potente assumirá a liderança mais cedo, mas quando queimar todo o combustível, o foguetão com maior impulso específico ainda terá algum combustível restante e continuará acelerando até eventualmente ultrapassar o seu homólogo se houver distância suficiente para usar sua vantagem a longo prazo.
