Wie würde im Zusammenhang mit der Berechnung des Massendurchflusses aus Schub und Isp ein zusätzlicher Wirkungsgrad definiert?

Ich hatte angenommen, dass Isp die axiale Komponente der Geschwindigkeit ausdrückt. Selbst wenn im expandierenden Auspuff etwas Querströmung vorhanden ist, müsste dies nicht über Isp hinaus berücksichtigt werden, aber gibt es noch etwas anderes?

Um pedantisch zu sein, Isp ist ein spezifischer Impuls oder genauer "massenspezifischer Impuls": der Impuls , der pro Massenstromeinheit abgegeben wird. Impuls ist Kraft mal Zeit . Die Verbindung zur Abgasgeschwindigkeit ist nebensächlich. Die richtige (metrische) Einheit für einen bestimmten Impuls ist Newtonsekunde pro Kilogramm; dies ist dimensional äquivalent zu Metern pro Sekunde.

Bei einer idealen abstrakten Rakete, die Reaktionsmasse perfekt linear emittiert, ist der spezifische Impuls zufällig derselbe wie die Abgasgeschwindigkeit, aber bei echten Raketen ist die tatsächliche (massengewichtete, durchschnittliche) Abgasgeschwindigkeit ein wenig höher als die effektive Abgasgeschwindigkeit die Querkomponente.

Wenn Sie ein schreckliches Düsendesign haben, das Abgas in alle Richtungen sprüht, wird Ihr Isp niedrig sein, obwohl die Abgasgeschwindigkeit hoch ist.

In der Praxis werden spezifische Impulswerte für Raketentriebwerke aus der Durchflussrate und dem Schub bestimmt, die beide auf dem Prüfstand leichter zu messen sind als die tatsächliche Abgasgeschwindigkeit; alle damit verbundenen Ineffizienzen werden dadurch berücksichtigt.

Beachten Sie, dass bei Strahltriebwerken die Isp/effektive Abgasgeschwindigkeit viel höher ist als die tatsächliche Abgasgeschwindigkeit, da der Luftsauerstoff zum Schub beiträgt, aber nicht zum Verbrauch an Bordmasse.

Wenn ich das richtig verstehe, bezieht sich Ihre Frage auf andere Ineffizienzen als die, die durch Treibmittel verursacht werden, die die Hauptbrennkammer umgehen (wie Treibmittel für Gasgeneratoren), die in Ihrer Berechnung nicht berücksichtigt werden:

Angenommen, Sie berechnen für einen Booster, ist der größte wahrscheinlich die Variation des spezifischen Impulses mit Umgebungsdruck / -höhe.

Hier ist ein repräsentatives Diagramm der Variation. Der spezifische Abhebeimpuls ist in diesem Fall etwa 15 % niedriger als der Vakuumwert.

Russell Borogove hat bereits geantwortet, aber ich wollte noch deutlicher auf ein paar Dinge hinweisen:

• ISP ist eine abgeleitete Größe
• Sie müssen keinen Effizienzfaktor addieren
• Wenn die Schub- und ISP-Zahlen aus demselben Test stammen, erhalten Sie durch die Durchführung von Schub/ISP den genauen Kraftstoffmassenstrom, der bei diesem Test gemessen wurde

Ich denke, Sie müssen überhaupt keinen Effizienzfaktor hinzufügen.

Von https://en.wikipedia.org/wiki/Specific_impulse

Der spezifische Impuls (normalerweise mit Isp abgekürzt) ist ein Maß dafür, wie effektiv eine Rakete Treibmittel oder ein Düsentriebwerk Kraftstoff verbraucht. Per Definition ist dies der Gesamtimpuls (oder die Impulsänderung), der pro verbrauchter Treibmitteleinheit abgegeben wird [1], und ist maßlich äquivalent zum erzeugten Schub dividiert durch den Massendurchfluss oder Gewichtsdurchfluss des Treibmittels. [2]

So

Man könnte sich fragen, ob diese Beziehung nur theoretisch ist und ob tatsächlich einige Effizienz- oder andere Faktoren gelten würden, wenn diese drei Variablen gemessen werden.

Wie Russell Borogove betonte, hängt ISP mit der Abgasgeschwindigkeit in einer idealen abstrakten Rakete zusammen, aber genauer gesagt ist ISP tatsächlich die effektive Abgasgeschwindigkeit, die sich möglicherweise von der Geschwindigkeit unterscheidet, die Sie am Auspuff messen würden. Zum Beispiel ist bei Strahltriebwerken die effektive Geschwindigkeit höher als die Abgasgeschwindigkeit, da sie "freien Sauerstoff" erhalten, der zum Schub beiträgt, der über das hinausgeht, was die von ihnen beförderte Kraftstoffmasse mit dieser Abgasgeschwindigkeit tun würde.

Wie würden Sie ISP/effektive Geschwindigkeit in der Praxis messen? Nach dem, was ich bisher gesammelt habe, schätze ich, dass Sie ISP nicht messen, sondern von den anderen beiden Größen ableiten.

Sicherlich können Sie beim Testen eines Raketentriebwerks seinen Schub in einer Wägezelle messen und Sie können den Kraftstoff messen, den Sie zum Betreiben des Triebwerks verwenden ( [3] , [4] ) .

Wenn also diese 7.607.000-N-Schub- und 162s-ISP-Zahlen aus empirischen Messungen stammen, die in derselben Sitzung durchgeführt wurden (und es sich nicht um Schätzungen aus Simulationen handelt oder auf andere Weise berechnet wurde), ist es sehr wahrscheinlich, dass der Schub zusammen mit dem Kraftstoffmassenstrom und dem abgeleiteten Impuls gemessen wurde einfach durch Teilen des Schubs durch den Kraftstoffmassenstrom.

Wenn Sie also 7.607.000 / 162 machen, gewinnen Sie wirklich den in diesem Test gemessenen Kraftstoffmassenstrom zurück.

In diesem Fall berücksichtigt Ihr Kraftstoffmassenstrom bereits jede "Ineffizienz" oder Kraftstoff, der nicht zum Schub beigetragen hat, da es sich um den erhaltenen Schub geteilt durch den tatsächlich verwendeten Kraftstoff handelt (unabhängig davon, ob er effizient verwendet wurde oder nicht).

Haftungsausschluss: Ich habe nie einen Raketenmotor oder einen anderen Motor getestet, dies war nur eine Vermutung - diese Quora-Antwort stimmt jedoch zu: https://www.quora.com/How-do-we-measure-rocket-thrust-like-specific -Impulse

Die Energie, die nicht zum Schub beiträgt, ist bereits in ISp und Schub berücksichtigt.

Das gesamte verbrannte Treibmittel vom Turbopumpenantrieb usw. wird zurück in die Brennkammer eingespritzt und trägt zur Reaktionsmasse, aber nicht zum Antrieb der Reaktionsmasse bei. Der Treibmitteldurchsatz ist unverändert, aber seine spezifische Energie am Punkt des Erreichens der Brennkammer ist geringer.

Die Berechnung der reinen Durchflussrate aus ISp und Schub bleibt unverändert; Die ISp- und Schubwerte sind etwas niedriger als bei reinem Bitreibstoff.

Sie müssten diese Dinge berücksichtigen, wenn Sie versuchen würden, ISp und Schub aus dem Massenstrom und den chemischen/physikalischen Eigenschaften des Verbrennungsprozesses abzuleiten. die Art von Gleichung, die Sie in Kapitel 7 von " Ignition! " ("Performance") finden. Normalerweise läuft Ihr Motor jedoch sowieso etwas kraftstoffreich (oder oxidatorreich), also verschieben Sie das Gleichgewicht ein wenig in Richtung Stöchiometrie, ersetzen unverbrannten ausgestoßenen Kraftstoff durch eine entsprechende Menge vorverbrannter Verbrennungsprodukte und Sie haben sehr ähnliches Ergebnisse ... vielleicht sogar etwas besser bei schwereren Kraftstoffen, da CO2 und H2O ein besseres inertes Treibmittel abgeben als RP1-Dampf (leichtere Partikel = höhere Abgasgeschwindigkeit bei gleicher Energie).

Dennoch verwenden Sie in Ihren Berechnungen$F = v \dot{m}$. Dein$\dot{m}$bleibt aufgrund des von Ihnen erwähnten Overheads unverändert -$v$ändert sich, ebenso wie der veröffentlichte spezifische Impuls und Schub, relativ zum theoretischen Wert, den Sie erreichen würden, wenn Sie eine reine RP1-O2-Mischung in die Kammer einspritzen.

Ich glaube, ich erinnere mich, dass es eine Rakete gab, bei der das Abgas des Turbopumpenantriebs durch eine separate Düse mit erheblich geringerer Leistung als die "Hauptdüse" ausgestoßen wurde. Ich kann mich jedoch nicht an die Details erinnern, egal, ich habe das vielleicht mit Sojus 'Nonius verwechselt.