En el contexto de calcular el caudal másico a partir del empuje y la Isp, ¿cómo se definiría una eficiencia adicional?

Asumí que Isp expresa el componente axial de la velocidad, por lo que incluso si hay algún flujo transversal en el escape en expansión, eso no tendría que tenerse en cuenta más allá de Isp, pero ¿hay algo más?

Para ser pedante, Isp es impulso específico , o más completamente "impulso específico de masa": el impulso entregado por unidad de flujo de masa. El impulso es fuerza por tiempo . La conexión con la velocidad de escape es incidental. La unidad (métrica) adecuada para un impulso específico es el newton-segundo por kilogramo; esto pasa a ser dimensionalmente equivalente a metros por segundo.

Para un cohete abstracto ideal, que emite una masa de reacción perfectamente lineal, el impulso específico es el mismo que la velocidad de escape, pero en los cohetes reales, la velocidad de escape real (media ponderada en masa) será un poco más alta que la velocidad de escape efectiva debido a el componente transversal.

Si tiene un diseño de boquilla terrible, rociando escape en todas las direcciones, su Isp será bajo aunque la velocidad de escape sea alta.

En la práctica, las clasificaciones de impulso específicas para los motores de cohetes se determinan a partir de la velocidad de flujo y el empuje, los cuales se miden más fácilmente en el banco de pruebas que la velocidad de escape real; todas las ineficiencias involucradas se contabilizan de ese modo.

Tenga en cuenta que para los motores a reacción, Isp/velocidad de escape efectiva será mucho más alta que la velocidad de escape real, porque el oxígeno en el aire contribuye al empuje pero no al gasto de masa a bordo.

Si entiendo correctamente que su pregunta se refiere a ineficiencias distintas de las causadas por los propulsores que pasan por alto la cámara de combustión principal (como los propulsores del generador de gas) que no se tienen en cuenta en su cálculo:

Suponiendo que está calculando para un refuerzo, el más grande es probablemente la variación del impulso específico con la presión / altitud ambiental.

Aquí hay un gráfico representativo de la variación. El impulso específico de despegue en este caso es aproximadamente un 15% más bajo que el valor de vacío.

Russell Borogove ya respondió, pero quería señalar más explícitamente algunas cosas:

• ISP es una cantidad derivada
• No es necesario añadir ningún factor de eficiencia
• Si las cifras de empuje e ISP provienen de la misma prueba, al hacer Thrust/ISP está recuperando el flujo de masa de combustible exacto medido en esa prueba.

No creo que sea necesario agregar ningún factor de eficiencia en absoluto.

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

El impulso específico (generalmente abreviado Isp) es una medida de la eficacia con la que un cohete usa propulsor o un motor a reacción usa combustible. Por definición, es el impulso total (o cambio en el momento) entregado por unidad de propulsor consumido [1] y es dimensionalmente equivalente al empuje generado dividido por la tasa de flujo másico o la tasa de flujo de peso del propulsor. [2]

Asi que

Uno podría preguntarse si esta relación es solo teórica y si en realidad se aplicaría alguna eficiencia u otros factores cuando se miden estas tres variables.

Como señaló Russell Borogove, ISP está relacionado con la velocidad de escape en un cohete abstracto ideal, pero más correctamente, ISP es en realidad la velocidad de escape efectiva , que podría ser diferente de la velocidad que mediría en el escape. Por ejemplo, en los motores a reacción, la velocidad efectiva será más alta que la velocidad de escape porque obtienen "oxígeno libre" que contribuye al empuje más allá de lo que haría la masa de combustible que transportan con esa velocidad de escape.

Entonces, ¿cómo mediría ISP/velocidad efectiva en la práctica? Por lo que he reunido hasta ahora, supongo que no mides el ISP, lo derivas de las otras dos cantidades.

Sin duda, al probar un motor de cohete, puede medir su empuje en una celda de carga y puede medir el combustible que está utilizando al hacer funcionar el motor ( [3] , [4] )

Entonces, si esos números de ISP de 7 607 000 N de empuje y 162 s provienen de mediciones empíricas realizadas en la misma sesión (y no son estimaciones de simulaciones ni se calcularon de otra manera), es muy probable que el empuje se haya medido junto con el flujo másico de combustible y el impulso derivado. simplemente dividiendo el empuje por el flujo másico de combustible.

Entonces, cuando hace 7,607,000 / 162, realmente está recuperando el flujo másico de combustible medido en esa prueba.

En este caso, su flujo másico de combustible ya contabiliza cualquier "ineficiencia" o combustible que no contribuyó al empuje, ya que es el empuje obtenido dividido por el combustible realmente utilizado (independientemente de si se utilizó eficientemente o no).

Descargo de responsabilidad: nunca probé ningún motor de cohete ni ningún otro motor, esto fue solo una conjetura; sin embargo, esta respuesta de quora está de acuerdo: https://www.quora.com/How-do-we-measure-rocket-thrust-like-specific -impulsos

La energía que no contribuye al empuje ya se contabiliza en ISp y empuje.

Todo el propulsor quemado de la propulsión de la turbobomba, etc. se inyecta de nuevo en la cámara de combustión, contribuyendo a la masa de reacción, pero no a la propulsión de dicha masa de reacción. El caudal de propelente no cambia, pero su energía específica en el punto de llegar a la cámara de combustión es menor.

El cálculo de la tasa de flujo de ISp y el empuje no cambia; los valores de ISp y empuje son un poco más bajos de lo que serían si hubiera quemado bipropulsor puro.

Debería tener en cuenta estas cosas si estuviera tratando de derivar ISp y empuje del flujo másico y las propiedades químicas/físicas del proceso de combustión; el tipo de ecuación que encuentras en el capítulo 7 de " Ignition! " ("Performance"). Sin embargo, normalmente, su motor funcionará un poco rico en combustible (o rico en oxidante) de todos modos, por lo que solo mueve el equilibrio un poco hacia la estequiometría, reemplazando el combustible expulsado no quemado con la cantidad correspondiente de productos de combustión prequemados y tiene muy similar resultados... tal vez incluso un poco mejor en el caso de combustibles más pesados, ya que el CO2 y el H2O serán un mejor propulsor inerte que el vapor RP1 (partículas más ligeras = mayor velocidad de escape con la misma energía).

Aún así, en tus cálculos, usas$F = v \dot{m}$. Su$\dot{m}$permanece sin cambios debido a los gastos generales que mencionas:$v$cambia, al igual que el impulso y el empuje específicos publicados, en relación con el valor teórico que lograría inyectando una mezcla pura de RP1-O2 en la cámara.

Creo recordar que había algún cohete, donde el escape de propulsión de la turbobomba sería expulsado a través de una boquilla separada, con un rendimiento considerablemente menor que el "principal". Sin embargo, no puedo recordar los detalles, no importa, podría haberlo confundido con los verniers de Soyuz.